Caldaia, detta anche generatore di vapore, apparecchio progettato per convertire un liquido in vapore. In una centrale a vapore convenzionale, una caldaia è composta da un forno in cui viene bruciato il combustibile, da superfici che trasmettono il calore dai prodotti della combustione all’acqua e da uno spazio in cui si può formare e raccogliere il vapore. Una caldaia convenzionale ha un forno che brucia un combustibile fossile o, in alcuni impianti, combustibili di scarto. Anche un reattore nucleare può servire come fonte di calore per generare vapore sotto pressione.

Le caldaie furono costruite già nel I secolo d.C. da Erone di Alessandria, ma erano usate solo come giocattoli. Non fino al 17° secolo fu preso in seria considerazione il potenziale della potenza del vapore per il lavoro pratico. La prima caldaia con una valvola di sicurezza fu progettata dal francese Denis Papin nel 1679; le caldaie furono costruite e utilizzate in Inghilterra alla fine del XVIII secolo. Le prime caldaie erano fatte di ferro battuto; man mano che i vantaggi dell’alta pressione e della temperatura venivano realizzati, i produttori passarono all’acciaio. Le caldaie moderne sono fatte di acciaio legato per sopportare alte pressioni e temperature estremamente elevate.

La maggior parte delle caldaie a vapore convenzionali sono classificate come tipi a tubo di fuoco o a tubo d’acqua. Nel tipo a tubi di fuoco, l’acqua circonda i tubi d’acciaio attraverso i quali scorrono i gas caldi del forno. Il vapore generato si raccoglie sopra il livello dell’acqua in un tamburo di forma cilindrica. Una valvola di sicurezza è impostata per permettere la fuoriuscita del vapore a pressioni superiori alla normale pressione di esercizio; questo dispositivo è necessario su tutte le caldaie, perché l’aggiunta continua di calore all’acqua in un recipiente chiuso senza mezzi per la fuoriuscita del vapore provoca un aumento della pressione e, in definitiva, l’esplosione della caldaia. Le caldaie a tubi di fumo hanno il vantaggio di essere facili da installare e far funzionare. Sono ampiamente utilizzate in piccole installazioni per riscaldare edifici e per fornire energia ai processi di fabbrica. Le caldaie a tubi da fumo sono anche usate nelle locomotive a vapore.

Nella caldaia a tubi d’acqua, l’acqua è all’interno dei tubi con i gas caldi del forno che circolano fuori dai tubi. Quando il turbogeneratore a vapore fu sviluppato all’inizio del 20° secolo, le moderne caldaie a tubi d’acqua furono sviluppate in risposta alla richiesta di grandi quantità di vapore a pressioni e temperature molto superiori a quelle possibili con le caldaie a tubi di fuoco. I tubi sono all’esterno del tamburo del vapore, che non ha una superficie di riscaldamento ed è molto più piccolo che nella caldaia a tubi da fumo. Per questo motivo, il tamburo della caldaia a tubi d’acqua è meglio in grado di sopportare pressioni e temperature più elevate. Una grande varietà di dimensioni e disegni di caldaie a tubi d’acqua sono usati nelle navi e nelle fabbriche. La caldaia express è progettata con tubi d’acqua piccoli per una rapida generazione di vapore. La caldaia flash può non richiedere un tamburo di vapore, perché i tubi operano a temperature così alte che l’acqua di alimentazione si trasforma in vapore e si surriscalda prima di lasciare i tubi. Le unità più grandi si trovano nelle centrali elettriche delle utility pubbliche. Unità di dimensioni sostanziali sono usate in acciaierie, cartiere, raffinerie di petrolio, impianti chimici e altri grandi impianti di produzione.