Katls ir trauks, kurā ūdeni sasilda zem spiediena un iztvaicē tvaikā īpašam mērķim. Ir vairāki dažādi katli, ko silda ar oglēm, cieto kurināmo, eļļu vai gāzi. Katlu lielums ir ļoti atšķirīgs, sākot no mazām, pārnēsājamām vai veikalā samontētām vienībām līdz lielām krāsnīm, kas minūtē sadedzina 6 tonnas ogļu. Katli darbojas ar pozitīvu spiedienu, un visām detaļām jābūt pietiekami izturīgām, lai izturētu to radītā tvaika spiedienu. Lielāko daļu augstspiediena katlu izmanto komerciāliem vai rūpnieciskiem mērķiem.
Maksimālais pieļaujamais spiediens
Katlus klasificē arī pēc to spiediena, konstrukcijas veida un izmantošanas. Maksimālais pieļaujamais darba spiediens jeb MAWP ir vislielākais spiediena daudzums, ko tvertne (katls) ir izturējusi. Šo spiedienu mēra ar mārciņām uz kvadrātcollu vai “psi”, un manometrisko spiedienu izsaka kā “psig”. Nacionālā uguns Prevencijas asociācija un federālie standarti nosaka II tipa tvaika katlu kā tādu, kas ražo augstspiediena tvaiku no 16 līdz 150 psig. III tipa tvaika katls ražo tvaiku no 151 līdz 350 psig.
Ūdens cauruļu katls
Šāda veida katlos degviela tiek sadedzināta krāsns iekšpusē, radot karstu gāzi, kas silda ūdeni, kas cirkulē caur tā caurulēm. Ūdens tiek pārveidots par tvaiku, kas paceļas, lai notvertu tvaika mucā, kur piesātinātais tvaiks tiek novadīts. Tas atkal nonāk krāsnī caur sildītāju, kur tas kļūst vēl karstāks. Kad pārkarsētā tvaika temperatūra ir virs viršanas temperatūras, tā kļūst par sausu spiediena gāzi, ko izmanto turbīnu darbināšanai. Lielākajai daļai ūdens cauruļu katlu konstrukcijas jauda ir no 4500 līdz 120 000 kilogramiem tvaika stundā. Ūdens cauruļu katlus termoelektrostacijās sauc arī par tvaika ģenerēšanas vienībām.
Bensona katls
Bensona katlu sauc par superkritisku tvaika ģeneratoru, un to bieži izmanto elektroenerģijas ražošanai. Tas darbojas ar tik augstu spiedienu, vairāk nekā 3200 psi, ka faktiskā vārīšanās apstājas un nav ūdens un tvaika atdalīšanas. Burbuļot nav, jo ūdens temperatūra ir virs kritiskā spiediena, pie kura var veidoties burbuļi. Šis tvaiks darbojas augstspiediena turbīnā, pēc tam nonāk ģeneratora kondensatorā. Terminu “katls” nevajadzētu lietot kopā ar šo tvaika ģeneratoru, jo vārīšanās patiesībā nenotiek.
Pārkarsēts tvaika katls
Šāda veida katli iztvaiko ūdeni un pēc tam silda tvaiku pārkarsētājā, radot tvaiku daudz augstākā temperatūrā. Tas rada augstāku dūmgāzu izplūdes temperatūru, ja vien netiek izmantots “ekonomaizers”. Ekonomizators silda padeves ūdeni, kas karstā dūmgāzu izplūdes ceļā iet caur degšanas gaisa sildītāju. Šis pārkarsētais tvaiks bieži palielina tvaika ģenerēšanas vispārējo efektivitāti un izmantošanu, palielinot turbīnu ieejas temperatūru. Pārkarsētais tvaiks rada bažas par drošību, jo, ja kāds sistēmas elements neizdodas un tvaiks izplūst, augsts spiediens un temperatūra var būt nāvējoši. Temperatūra katla gāzes krāsns zonā parasti ir no 2400 līdz 2900 grādiem pēc Fārenheita. Daži no tiem ir konvekcijas sildītāji, kas absorbē siltumu no šķidrumam līdzīgas gāzes, bet citi ir izstarojoši, absorbējot radiācijas siltumu.
