Конвективні поверхні нагріву, як правило, виконують у вигляді рядів труб з коридорним або шаховим розташуванням, які омиваються продуктами згорання палива. Рух газів в трубному пучку подовжний або поперечний. В цих поверхнях нагріву перенесення теплоти від гріючих газів до робочого середовища відбувається переважно за рахунок конвекції. Радіаційна складова в загальному потоці теплоти, яке передається робочому тілу, відносно невелика внаслідок зниження температури потоку газів при їх русі в газоходах котла і малої товщини випромінюючого шару в міжтрубному просторі. Тепловий потік до робочого тіла в конвективній поверхні нагріву (кВт) в загальному вигляді визначається виразом:
(4)
Тут Q - сумарне теплосприйняття поверхні нагріву, кВт.
Відповідно теплове напруження поверхні нагріву, кВт/м2
де к – коефіцієнт теплопередачі через дану поверхню нагріву, кВт/(м2∙К); Δt - усереднене значення різниці температур гріючого газу і робочого середовища - температурний напір, °С; Н - площа поверхні нагріву (див. (4)), м2.
В межах елементу конвективної поверхні нагріву температура газів і їх фізичні характеристики, а також робочого середовища (за винятком середовища, яке знаходиться у випарній поверхні нагріву), змінюються і тому вираз (4) який записаний для нескінченно малого елементу поверхні нагріву для всієї поверхні має бути записане в диференціальній формі:
(5)
де Θ - температура газів перед елементом поверхні нагріву.
Повна кількість теплоти, яка передається даному елементу поверхні нагріву, визначається інтегруванням виразу (5) по змінній величині Н. Якщо вважати, що коефіцієнт теплопередачі залишається незмінним в даному елементі і що середня різниця температур газів і робочого середовища визначається значенням Δt, для визначення теплового потоку до елементу поверхні нагріву може бути використаний вираз (4). При зміні значення Δt в елементі поверхні нагріву вираз (4) стає наближеним.
В результаті передачі теплоти від гріючих газів до поверхні нагріву знижується ентальпія газів і підвищується ентальпія середовища, яке нагрівається (пари, води або повітря). Відповідно рівняння теплового балансу поверхні нагріву (кДж/кг) набере вигляду:
(6)
де φ - коефіцієнт збереження теплоти, який враховує втрати в навколишнє середовище; Н /, Н // - ентальпії газів на вході в поверхню нагріву і на виході з неї, кДж/кг; 
- кількість теплоти, яка вноситься присосом повітря в газохід даної поверхні нагріву.
Якщо поверхня нагріву омивається неповною кількістю продуктів згорання (при паралельному включенні декількох елементів, за наявності обхідних газоходів і ін.), до правої частини рівняння вноситься множник gп який враховує масову частку газів, які проходять через дану поверхню нагріву. В цьому випадку ентальпія і температура газів після даної поверхні нагріву визначаються з рівняння (кДж/кг):
(7)
Теплота, сприйнята середовищем, яке обігрівається, в ширмовому і конвективному перегрівачі за рахунок конвекції (кДж/кг) визначається виразом
(8)
де D - кількість пари, яка проходить через пароперегрівач, кг/год; Вр - розрахункова витрата палива, кг/год; h /, h // - ентальпії пари до і після пароперегрівача, кДж/кг; Qл - теплота, яка отримана пароперегрівачем випромінюванням з топки, кДж/кг.
При постійній температурі середовища у випарних поверхнях нагріву рівняння їх теплосприйняття не складається.
Теплота, яка сприйнята повітрям в повітропідігрівачі, кДж/кг
(9)
де βпп - відношення кількості повітря за повітропідігрівачем до теоретично необхідного; βрц – доля рециркулюючого повітря в повітропідігрівачі; Δαпп - присос повітря в повітропідігрівачі, приймається рівним його витоку з повітряного боку; 
- ентальпії повітря, яке теоретично необхідне для згорання при температурі на виході з повітропідігрівача і на вході в нього, кДж/кг.
Теплота, яка отримується конвективними поверхнями нагріву випромінюванням з топки, визначається при розрахунку топки. В ширмовому пароперегрівачі має місце взаємний теплообмін між топкою, ширмами і поверхнею нагріву за ширмами, і Qл (кДж/кг) визначається по формулі:
(10)
де 
- промениста теплота, яка сприйнята площиною вхідного січення ширм, кДж/кг; qшл - теплове навантаження ширм у вихідному вікні (Вт/м2) визначається з розрахунку топки; Qл.вих - промениста теплота, яка отримана від газів в топці і ширмах поверхнею нагріву за ширмами:
(11)
де а - інтегральний коефіцієнт теплового випромінення газів в ширмах при середній температурі; β - коефіцієнт, який враховує взаємний теплообмін між топкою і ширмами; ξп - поправочний коефіцієнт. Для вугілля і рідкого палива ξп = 0,5, для природного газу ξп=0,7; Нл.вих - променевосприймаюча площа поверхні нагріву за ширмами, м2; Тср - середня температура газів в ширмах, К; φш - кутовий коефіцієнт з вхідного на вихідне січення ширм, який визначають по співвідношенню:
(12)
тут s1 - поперечний крок ширм, м; l - довжина ширми по ходу газів, м;
Для послідовного розташування декількох ступенів ширм Qл визначається по формулі, аналогічній (10).
