我国以燃煤作为主要能源的局面很难在短时期内得以改变，而且我国燃煤发电存在严重的资源浪费以及环境污染等问题，燃煤发电必须大幅度降低发供电煤耗、降低水资源消耗。超临界机组具有节能和环保的双重效益，是大幅度降低资源消耗的现实可行的选择。由于水冷壁管没有恒温的沸腾换热区保护，极易出现发生传热恶化、水动力不稳定、热偏差过大等问题，这在超临界机组锅炉中较为常见，因此对水冷壁的热工状况及热应力状况的进行研究十分必要。本文针对某电厂超临界W型火焰锅炉的上炉膛前墙水冷壁发生的拉裂破坏现象，使用有限元法对该问题进行了数值分析。首先建立了水冷壁传热学和弹性力学方程组，分析了方程的定解条件，认为热边界条件为管内对流换热以及管外热流密度，弹性力学边界条件为管内压强和相应的位移约束。然后在ANSYS下对水冷壁的温度分布和热应力进行了数值模拟求解，得到了不同模型下的结果。计算了超临界和近临界工况下水冷壁鳍片管横截面二维温度分布和热应力分布，证实管内工质近临界时水冷壁应力未超过许用应力，超临界时则极易达到破坏极限；2×2m区域三维计算结果说明位移边界约束对应力的最值和分布有决定性的作用；对整个管屏的三维计算结果分析证明，计算网格划分越细致，越能反应实际运行中的温差产生的热应力，约束较少时应力易在约束附近集中，其他区域的热应力则要小得多。另外，分析了不同参数对这些结果的影响，提出了改善管屏受力的方法。最后针对模拟计算中出现的问题提出了下一步工作的建议。