Тепловая котельная может производить свою работу на базе различного оборудования. Устройство, имеющее топку для сжигания топлива, обогреваемое продуктами сгорания топлива, предназначенное для получения пара с давлением выше атмосферного и используемого вне самого устройства, называют паровым котельным агрегатом (котлом). Теплота от топочных газов в топке передается радиационным поверхностям нагрева, а за топкой – конвективным поверхностям нагрева, к которым относят кипятильные трубы и пароперегреватель. К конвективным, или хвостовым, поверхностям нагрева, входящим в котельную установку, которую включает тепловая котельная, также относят водяные экономайзеры, контактные теплообменники, воздухоподогреватели, которые предназначены для снижения потерь теплоты с уходящими топочными газами, увеличения КПД котельного агрегата и снижения расхода топлива.
Элементы парового котельного агрегата, с которым работает тепловая котельная, представляют собой цилиндры (трубы и сосуды) разного диаметра, соединенные между собой с помощью сварки или вальцовки. Основными деталями парового котельного агрегата являются барабан, коллекторы и трубы. Для возможности осмотра и очистки барабанов и коллекторов выполняют отверстия, называемые лазами, или люками. Внутренний объем парового котла, заполненный водой, называют водным пространством, занятый паром – паровым пространством; поверхность, отделяющую паровое пространство от водного, – зеркалом испарения. В паровом пространстве устанавливают устройства для сепарации пара и влаги.
Тепловая котельная рассчитана на то, что основным условием, обеспечивающим надежную, безопасную и экономичную работу парового котельного агрегата, является поддержание за счет интенсивного охлаждения теплоносителем на заданном расчетном уровне температуры металлических поверхностей нагрева, подвергающихся постоянному воздействию высоких температур топочных газов. Охлаждение металла достигается путем непрерывной и постоянной циркуляции теплоносителя внутри обогреваемых труб. Теплота от дымовых топочных газов передается трубам, а теплоноситель должен непрерывно отводить эту теплоту от стенок. Если отвод теплоты происходит недостаточно интенсивно, то металл труб может сильно перегреться и потерять свою механическую прочность.
Тепловая котельная предполагает следующий режим работы парового котла. Питательная вода из деаэратора после водоподготовки питательным насосом подается вначале в водяной экономайзер, где нагревается за счет теплоты уходящих топочных газов, а затем по питательной линии идет в верхний барабан парового котла, где смешивается с котловой водой. Одна часть котловой воды из верхнего барабана по кипятильным трубам, расположенным в области более низких температур топочных газов, опускается в нижний барабан, откуда по подъемным трубам, расположенным в области более высоких температур топочных газов, нагретая вода и пароводяная смесь поднимаются в верхний барабан. Другая часть котловой воды из верхнего барабана, по опускным трубам, расположенным вне топки (обычно снаружи или в обмуровке), подводится к нижним коллекторам экранных труб, распределяется по коллекторам, нагревается в экранных трубах, а образующиеся пузырьки пара и пароводяная смесь поднимаются в верхний барабан котла. Путь, по которому совершается движение теплоносителя, называется циркуляционным контуром.