Образования пара в КА происходит при постоянном давлении и непрерывном подводе теплоты от продуктов сгорания к воде. Процесс образования пара состоит из трех стадий: подогрев воды до температуры насыщения, парообразование и перегрева пара. В современных котлах вода поступает непосредственно в барабан, а из него в поверхности нагрева. Предварительно вода подогревается в экономайзере.
Все котлы работают при постоянном давлении, но уровень этого давления различный. Важно знать, как зависит энтальпия пара и кипящей воды, скрытая теплота парообразования от давления. С увеличением давления энтальпия кипящей воды непрерывно возрастает. Следовательно, площадь поверхностей нагрева, в которых происходит предварительный подогрев воды, должна увеличиваться. Скрытая теплота парообразования с увеличением давления уменьшается и при критическом давлении (22,13 МПа) равна нулю. Следовательно, с повышением давления в котле площадь нагрева, на которой происходит образования пара из кипящей воды, уменьшается. Энтальпия сухого насыщенного пара при увеличении давления до 3,3 МПа увеличивается, а затем падает. Следовательно, при выработке сухого насыщенного пара давление не следует повышать сверх 3,3 МПа.
Энтальпия перегретого пара при постоянном перегреве с увеличением давления уменьшается. Следовательно, при повышении давления пара целесообразно одновременно увеличить температуру перегретого пара. Поэтому в котлах высокого давления повышается роль перегревателя и экономайзера.
Существенное влияние на надежность работы котла оказывает процесс кипения (образования пара внутри объема жидкости). При увеличении температуры поверхности нагрева до температуры насыщения начинается кипение, которое сначала носит спокойный характер. Процесс начинается в слоях жидкости, соприкасающихся с внутренней стенкой. По мере увеличения температуры число центров кипения растет, и процесс становится более интенсивным. Паровые пузырьки постепенно отрываются от поверхности и проходят слой воды.
При движении жидкости в вертикальных трубах различают пузырьковый, снарядный, стержневой и эмульсионный процесс движении жидкости.
Пузырьковый режим – это режим при небольшом паросодержании и небольшой скорости течения пароводяной смеси. При пузырьковом течении в горизонтальных трубах пузырьки пара располагаются в верхней части трубы, а вода – в нижней.
Снарядный режим – при увеличенном паросодержании в потоке. Мелкие пузырьки объединяются в крупные, напоминающие по очертанию снаряды.
Стержневой режим – характеризуется наличием сплошного стержня, движущегося по центру трубы.
Эмульсионный режим - при большой скорости пара и высоком давлении. Тонкая водяная пленка только на внутренней стенке трубы. При низких давлениях наблюдается снарядный режим течения, с повышением давления он переходит в пузырьковый, затем в стержневой и эмульсионный.