随着超临界锅炉容量的增大,探寻炉膛燃烧和锅内传热之间分布参数模型,对锅炉的高效运行有重要意义。由于长期以来缺乏对燃烧有效的实时检测以及对超临界机组在变压运行时锅内工质物性变化规律的认识,使得这种分布参数模型很难建立。本文利用炉内温度场信息,对不同炉型的直流锅炉蒸发系统进行分布参数建模；结合现场实测数据和仿真结果分析了蒸发系统的受热情况,给出了壁面热流、壁温和质量含汽率分布；应用模型的计算结果分析了水冷壁事故的原因,提出了相应的防范措施。本文对蒸发系统采用模块化建模方法。针对烟气侧采用燃烧在线检测系统提供的实时炉内三维温度场计算水冷壁热流分布；在管壁侧采用以内壁温度作为集总参数结合能反应管外壁温度的二维稳态导热模型；对于汽水侧应用水和水蒸汽热力性质计算的简化公式,同时加入导热系数和黏度系数改进模型。将蒸发系统分布参数模型优化后应用到某亚临界双炉膛直流锅炉进行仿真研究。获得了典型工况下双炉膛直流炉四面墙的热力参数分布特性,以及前墙在不同工况下的壁面热流、壁温以及质量含汽率的分布特性,分析了水冷壁的水动力特性。双炉膛直流炉的热流和壁温分布均呈现单峰特性,质量含汽率的变化呈现出“W”型分布,采用低质量流速内螺纹管使得水冷壁具有正流量响应特性。针对超临界螺旋管圈水冷壁模型,将炉内垂直方向的烟气网格转化成锅内螺旋方向的壁面网格。研究发现在临界含汽率附近,螺旋管圈水冷壁的热流分布比垂直管圈显得更合理。同时还注意到超临界条件下最大对流换热系数出现在拟临界点,且随着压力的增大,工质大比热特性减弱,最大对流换热系数会降低。另外,水动力特性表明螺旋管圈水冷壁表现出明显的负流量响应特性。分析了W型火焰锅炉的结构和燃烧特点。获得了超临界W型炉前墙和左墙各种工况下热力参数的分布特性,研究表明受一、二、三次风喷口位置的影响,前墙存在三个高热流区；其壁温分布随着负荷的增加最大高温区有下移趋势,且W型炉前墙冷灰斗处同一宽度方向温差较大,会对前墙冷灰斗中间水冷壁形成左、右相反方向的应力作用。单根管的分析表明该炉膛在近临界区避免了管内壁换热系数的最高点与区段热负荷的最高区的重合,且随着负荷的增加,最大比热区有慢慢趋近于最大热流密度区的趋势。在此基础上,利用炉膛三维燃烧检测系统提供的实时检测信息,研究了w型炉在发生事故期间水冷壁的热力参数分布特性,结合炉内燃烧、锅内换热以及现场的实际情况分析了产生事故的主要原因,并提出了防止措施。本文创新的将炉侧燃烧信息与锅侧热力系统结合起来,所建立的模型能准确地评价锅炉运行的安全性和可靠性,在揭示受热面的热力参数二维分布特性方面体现出了独特的优越性,模型所获得的蒸发系统各个热力参数的分布对实际运行有一定的指导作用,本课题的研究为锅炉水冷壁的设计及运行优化等实际问题提供了有益的指导。