หม้อไอน้ำหรือเครื่องกำเนิดไอน้ำเป็นอุปกรณ์ที่ใช้สร้างไอน้ำโดยการให้พลังงานความร้อนแก่น้ำแม้ว่าคำจำกัดความจะค่อนข้างยืดหยุ่น แต่โดยทั่วไปแล้วเครื่องกำเนิดไอน้ำรุ่นเก่ามักถูกเรียกว่าหม้อไอน้ำและทำงานที่ความดันต่ำถึงปานกลาง (7–2,000  กิโลปาสคาลหรือ 1–290  ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ) แต่ที่ความดันสูงกว่านี้ มักจะเรียกว่าเครื่องกำเนิดไอน้ำมากกว่า

หม้อไอน้ำหรือเครื่องกำเนิดไอน้ำถูกใช้ในทุกที่ที่ต้องการแหล่งกำเนิดไอน้ำ รูปทรงและขนาดขึ้นอยู่กับการใช้งาน: เครื่องยนต์ไอน้ำ เคลื่อนที่ เช่น หัวรถจักร ไอน้ำเครื่องยนต์แบบพกพาและ ยาน พาหนะบนถนนที่ใช้พลังงานไอน้ำมักใช้หม้อไอน้ำขนาดเล็กกว่าซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของตัวรถ ในขณะที่เครื่องยนต์ไอน้ำแบบอยู่กับที่ โรงงานผลิตความร้อนโรงงานอุตสาหกรรม และโรงไฟฟ้า มักจะมีโรงผลิตไอน้ำขนาดใหญ่แยกต่างหากที่เชื่อมต่อกับจุดใช้งานด้วยท่อส่ง ข้อยกเว้นที่สำคัญคือหัวรถจักรไอน้ำแบบไร้เตา ซึ่งไอ น้ำที่ผลิตแยกต่างหากจะถูกส่งไปยังถังรับไอน้ำ (ถัง) บนหัวรถจักร

เครื่องกำเนิดไอน้ำหรือหม้อไอน้ำเป็นส่วนประกอบสำคัญของเครื่องยนต์ไอน้ำเมื่อพิจารณาว่าเป็นตัวขับเคลื่อนหลักอย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องพิจารณาแยกต่างหาก เนื่องจากในระดับหนึ่งสามารถนำเครื่องกำเนิดไอน้ำหลายประเภทมาประกอบกับเครื่องยนต์หลายประเภทได้ หม้อไอน้ำประกอบด้วยห้องเผาไหม้หรือเตาเผาเพื่อเผาไหม้เชื้อเพลิงและสร้างความร้อนความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกถ่ายเทไปยังน้ำเพื่อสร้างไอน้ำซึ่งเป็นกระบวนการเดือด กระบวนการ นี้จะผลิตไอน้ำอิ่มตัวในอัตราที่แตกต่างกันไปตามความดันเหนือน้ำเดือด ยิ่งอุณหภูมิของเตาเผาสูง การผลิตไอน้ำก็จะยิ่งเร็วขึ้น ไอน้ำอิ่มตัวที่ผลิตได้สามารถนำไปใช้ผลิตพลังงานได้ทันทีผ่านทางกังหันและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรืออาจถูกทำให้ร้อน ยิ่งขึ้นไป จนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้น ซึ่งจะช่วยลดปริมาณน้ำที่แขวนลอย ทำให้ไอน้ำปริมาณเท่ากันทำงานได้มากขึ้นและสร้างความแตกต่างของอุณหภูมิที่มากขึ้น ซึ่งช่วยลดโอกาสในการเกิดการควบแน่นความร้อนที่เหลืออยู่ในก๊าซจากการเผา ไหม้ สามารถระบายออกไปหรือส่งผ่านไปยังเครื่องประหยัดพลังงานซึ่งมีบทบาทในการทำให้น้ำป้อน อุ่นขึ้น ก่อนที่จะถึงหม้อไอน้ำ

สำหรับ เครื่องยนต์ไอน้ำแบบนิวโคเมนเครื่องแรกในปี 1712 หม้อไอน้ำมีขนาดเล็กกว่ากาต้ม น้ำขนาดใหญ่ ที่ติดตั้งอยู่ใต้กระบอกสูบกำลัง เนื่องจากกำลังของเครื่องยนต์ได้มาจากสุญญากาศที่เกิดจากการควบแน่นของไอน้ำ จึงจำเป็นต้องใช้ไอน้ำปริมาณมากที่ความดันต่ำมาก แทบจะไม่เกิน 1  psi (6.9  kPa ) หม้อไอน้ำทั้งหมดถูกติดตั้งในโครงสร้างอิฐซึ่งกักเก็บความร้อนไว้ได้บ้าง มีการจุดไฟถ่านหินปริมาณมากบนตะแกรงใต้กระทะที่มีลักษณะเว้าเล็กน้อย ซึ่งให้พื้นผิวการให้ความร้อนน้อยมาก ดังนั้นจึงมีการสูญเสียความร้อนจำนวนมากไปทางปล่องไฟในรุ่นต่อมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งของจอห์น สมีตันพื้นผิวการให้ความร้อนได้รับการเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยการทำให้ก๊าซให้ความร้อนแก่ด้านข้างของหม้อไอน้ำโดยผ่านปล่องควัน สมีตันยังได้เพิ่มความยาวของเส้นทางของก๊าซโดยใช้ปล่องควันแบบเกลียวที่อยู่ใต้หม้อไอน้ำ หม้อไอน้ำแบบให้ความร้อนจากด้านล่างเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในรูปแบบต่างๆ ตลอดศตวรรษที่ 18 บางแบบมีรูปทรงกลม (แบบกองฟาง) หม้อไอน้ำแบบยาวที่มีรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าได้รับการพัฒนาขึ้นราวปี ค.ศ. 1775 โดย Boulton และ Watt (หม้อไอน้ำทรงหลังคาเกวียน) นี่คือสิ่งที่ปัจจุบันรู้จักกันในชื่อหม้อไอน้ำแบบสามทางผ่าน โดยไฟจะให้ความร้อนแก่ด้านล่าง จากนั้นก๊าซจะไหลผ่านปล่องควันรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าตรงกลาง และสุดท้ายไหลผ่านด้านข้างของหม้อไอน้ำ

วิศวกรชาวอังกฤษ John Blakey เป็นผู้เสนอรูปแบบทรงกระบอกในยุคแรก โดยเสนอการออกแบบของเขาในปี 1774 ^{[ 1 ] [ 2 ]}วิศวกรชาวอเมริกันOliver Evans เป็นผู้เสนอรูปแบบทรงกระบอกอีกคนหนึ่ง ซึ่งตระหนักอย่างถูกต้องว่ารูปแบบทรงกระบอกเป็นรูปแบบที่ดีที่สุดในแง่ของความต้านทานเชิงกล และในช่วงปลายศตวรรษที่ 18 เขาเริ่มนำรูปแบบนี้มาใช้ในโครงการของเขา อาจได้รับแรงบันดาลใจจากงานเขียนเกี่ยวกับแผนเครื่องยนต์ "แรงดันสูง" ของ Leupold ที่ปรากฏในงานสารานุกรมตั้งแต่ปี 1725 Evans ชื่นชอบ "ไอน้ำแรง" กล่าวคือ เครื่องยนต์แบบไม่ควบแน่น ซึ่งแรงดันไอน้ำเพียงอย่างเดียวขับเคลื่อนลูกสูบแล้วระบายออกสู่บรรยากาศ ข้อดีของไอน้ำแรงตามที่เขาเห็นคือสามารถทำงานได้มากขึ้นด้วยปริมาตรไอน้ำที่น้อยลง ทำให้สามารถลดขนาดของส่วนประกอบทั้งหมดลงได้ และเครื่องยนต์สามารถปรับให้เข้ากับการขนส่งและการติดตั้งขนาดเล็กได้ ด้วยเหตุนี้ เขาจึงพัฒนา หม้อไอ น้ำทรง กระบอกยาวแนวนอนที่ทำจากเหล็กดัด โดยมีท่อไฟเพียงท่อเดียวอยู่ภายใน และที่ปลายด้านหนึ่งของท่อไฟนั้นจะมีตะแกรงสำหรับวางเตาจากนั้นก๊าซจะถูกเปลี่ยนทิศทางการไหลเข้าไปในทางเดินหรือปล่องใต้ตัวหม้อไอน้ำ แล้วแยกออกเป็นสองทางเพื่อไหลกลับผ่านปล่องด้านข้างไปรวมกันอีกครั้งที่ปล่องควัน (หม้อไอน้ำของเครื่องยนต์โคลัมเบียน) อีแวนส์ได้นำหม้อไอน้ำทรงกระบอกของเขาไปใช้ในเครื่องยนต์หลายแบบ ทั้งแบบอยู่กับที่และแบบเคลื่อนที่ได้ เนื่องจากข้อจำกัดด้านพื้นที่และน้ำหนัก เครื่องยนต์แบบเคลื่อนที่ได้จึงมีระบบระบายไอเสียแบบทางเดียวโดยตรงจากท่อไฟไปยังปล่องควัน

อีกหนึ่งผู้สนับสนุน "ไอน้ำแรงสูง" ในเวลานั้นคือ ริชาร์ดเทรวิธิค ชาวคอร์นิชหม้อไอน้ำของเขาทำงานที่แรงดัน 40–50 psi (276–345 kPa) และในตอนแรกมีรูปทรงครึ่งวงกลม จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นทรงกระบอก ตั้งแต่ปี 1804 เป็นต้นไป เทรวิธิคได้ผลิตหม้อไอน้ำแบบสองทางหรือแบบมีท่อส่งกลับขนาดเล็กสำหรับเครื่องยนต์แบบกึ่งพกพาและหัวรถจักร หม้อไอน้ำแบบคอร์นิชที่พัฒนาขึ้นราวปี 1812 โดยริชาร์ด เทรวิธิค มีความแข็งแรงและมีประสิทธิภาพมากกว่าหม้อไอน้ำแบบธรรมดาที่มาก่อนหน้านั้น มันประกอบด้วยถังเก็บน้ำทรงกระบอกยาวประมาณ 27 ฟุต (8.2 เมตร) และเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 ฟุต (2.1 เมตร) และมีตะแกรงสำหรับใส่ถ่านหินอยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของท่อทรงกระบอกเดี่ยวที่มีความกว้างประมาณสามฟุต ซึ่งวางตามแนวยาวภายในถัง ไฟจะถูกควบคุมจากปลายด้านหนึ่ง และก๊าซร้อนจากไฟจะไหลไปตามท่อและออกทางปลายอีกด้านหนึ่ง เพื่อหมุนเวียนกลับไปตามปล่องไฟที่วิ่งอยู่ด้านนอก จากนั้นวนอีกครั้งหนึ่งใต้ตัวถังหม้อไอน้ำก่อนที่จะถูกปล่อยออกทางปล่องไฟ ต่อมาได้มีการปรับปรุงระบบนี้โดยหม้อไอน้ำแบบ 3 ทางอีกแบบหนึ่ง คือหม้อไอน้ำแลงคาเชอร์ซึ่งมีเตาเผาคู่หนึ่งในท่อแยกกันวางเคียงข้างกัน นี่เป็นการปรับปรุงที่สำคัญ เนื่องจากสามารถเติมเชื้อเพลิงให้กับเตาเผาแต่ละเตาได้ในเวลาที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถทำความสะอาดเตาเผาเตาหนึ่งในขณะที่อีกเตาหนึ่งกำลังทำงานอยู่

โดยปกติหม้อไอน้ำของหัวรถจักรจะเป็นแบบ 1 ทางผ่าน แต่ในยุคแรกๆหม้อไอน้ำแบบ 2 ทางผ่านพร้อมปล่องควันกลับก็พบได้ทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งในหัวรถจักรที่สร้างโดยTimothy Hackworth

ความก้าวหน้าครั้งสำคัญเกิดขึ้นในฝรั่งเศสในปี 1828 เมื่อมาร์ค เซกวินคิดค้นหม้อไอน้ำแบบสองทางผ่าน โดยทางผ่านที่สองเกิดจากท่อหลายท่อรวมกัน การออกแบบที่คล้ายกันนี้ซึ่งใช้การเหนี่ยวนำตามธรรมชาติสำหรับงานทางทะเล คือหม้อไอน้ำแบบสก็อตช์สำหรับเรือเดินทะเลซึ่งได้ รับความนิยมอย่างมาก

ก่อนการทดสอบที่เรนฮิลล์ในปี 1829 เฮนรี บูธเหรัญญิกของทางรถไฟลิเวอร์พูลและแมนเชสเตอร์ได้เสนอแผนการสร้างหม้อไอน้ำแบบท่อหลายท่อแนวนอนแบบผ่านครั้งเดียว ซึ่งประกอบด้วยสองส่วน คือ ห้องเผาไหม้ที่ล้อมรอบด้วยช่องว่างน้ำ และตัวถังหม้อไอน้ำที่ประกอบด้วยวงแหวนแบบยืดหดได้สองวง ภายในติดตั้งท่อทองแดง 25 ท่อ โดยกลุ่มท่อเหล่านี้ใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ของช่องว่างน้ำในตัวถังและช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน อย่างมาก จอร์จผู้พ่อได้แจ้งแผนการนี้ให้โรเบิร์ตผู้เป็นบุตรชายทราบทันที และนี่คือหม้อไอน้ำที่ใช้ในรถจักร Rocket ของสตีเฟนสันซึ่งเป็นผู้ชนะการทดสอบอย่างเด็ดขาด การออกแบบนี้เป็นพื้นฐานสำหรับรถจักรที่สร้างโดยสตีเฟนสันในเวลาต่อมาทั้งหมด และได้รับการนำไปใช้โดยผู้สร้างรายอื่น ๆ ทันที รูปแบบของหม้อไอน้ำแบบท่อไฟนี้ได้รับการผลิตมาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

หม้อไอน้ำปี 1712 ประกอบขึ้นจากแผ่นทองแดงที่ยึดด้วยหมุดย้ำ โดยมีส่วนบนเป็นรูปโดมทำจากตะกั่วในตัวอย่างแรกๆ หม้อไอน้ำรุ่นต่อมาทำจากแผ่นเหล็กดัดขนาดเล็กที่ยึดด้วยหมุดย้ำ ปัญหาคือการผลิตแผ่นเหล็กให้มีขนาดใหญ่พอ ทำให้แม้แต่แรงดันประมาณ 50  psi (344.7  kPa ) ก็ยังไม่ปลอดภัยอย่างแน่นอน เช่นเดียวกับหม้อไอน้ำทรงครึ่งวงกลมที่ทำจากเหล็กหล่อซึ่งริชาร์ด เทรวิธิคใช้ในตอนแรก โครงสร้างที่ใช้แผ่นเหล็กขนาดเล็กนี้ยังคงมีอยู่จนถึงช่วงปี 1820 เมื่อแผ่นเหล็กขนาดใหญ่ขึ้นสามารถทำได้และสามารถรีดเป็นรูปทรงกระบอกได้โดยใช้รอยต่อเพียงรอยเดียวที่เสริมด้วยแผ่น เหล็กเสริม หม้อไอน้ำ Sans Pareil 11 ของ ทิโมธี แฮกเวิร์ธในปี 1849 มีรอยเชื่อมตามแนวยาว^{[ 3 ]}การเชื่อมโครงสร้างสำหรับหม้อไอน้ำของหัวรถจักรนั้นใช้เวลานานมากในการแพร่หลาย

หม้อไอน้ำแบบท่อเดี่ยวชนิดไหลผ่านครั้งเดียวที่ใช้โดย Doble, Lamont และ Pritchard สามารถทนต่อแรงดันสูงได้มาก และระบายแรงดันนั้นได้โดยไม่เสี่ยงต่อการระเบิด

แหล่งความร้อนสำหรับหม้อไอน้ำคือการเผาไหม้เชื้อเพลิงหลายชนิด เช่นไม้ถ่านหินน้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ นอกจากนี้ยังใช้ ปฏิกิริยาฟิชชันนิวเคลียร์เป็นแหล่งความร้อนในการผลิตไอน้ำด้วย เครื่องกำเนิดไอน้ำแบบดึงความร้อน กลับ มา ใช้ ใหม่(HRSG) ใช้ความร้อนที่เหลือจากกระบวนการอื่นๆ เช่นกังหัน ก๊าซ

เพื่อให้เกิดลักษณะการเผาไหม้ที่ดีที่สุดอากาศจำเป็นต้องถูกส่งผ่านทั้งตะแกรงและเหนือเปลวไฟ หม้อไอน้ำส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้ ระบบ ดูดอากาศแบบกลไกมากกว่าการดูดอากาศ ตามธรรมชาติ เนื่องจากระบบดูดอากาศตามธรรมชาติขึ้นอยู่กับสภาพอากาศภายนอก อุณหภูมิของก๊าซไอเสียที่ออกจากเตา และความสูงของปล่องไฟ ปัจจัยเหล่านี้ทำให้การดูดอากาศที่มีประสิทธิภาพทำได้ยาก ดังนั้นระบบดูดอากาศแบบกลไกจึงประหยัดกว่ามาก ระบบดูดอากาศแบบกลไกมีสามประเภท:

1. การดูดอากาศ: วิธีการนี้มีอยู่ 3 วิธี วิธีแรกคือ "ปรากฏการณ์ปล่องไฟ" ที่ให้ความร้อนกับปล่องไฟ ซึ่งก๊าซไอเสียมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศโดยรอบหม้อไอน้ำ อากาศโดยรอบที่มีความหนาแน่นมากกว่าจะดันอากาศสำหรับการเผาไหม้เข้าไปและผ่านหม้อไอน้ำ วิธีที่สองคือการใช้เจ็ทไอน้ำ เจ็ทไอน้ำหรือตัวพ่นไอน้ำที่วางแนวในทิศทางของการไหลของก๊าซไอเสียจะดูดก๊าซไอเสียเข้าไปในปล่องไฟ ทำให้ความเร็วของก๊าซไอเสียเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดูดอากาศโดยรวมในเตาเผาเพิ่มขึ้น วิธีนี้เป็นที่นิยมใช้ในหัวรถจักรไอน้ำที่ไม่สามารถมีปล่องไฟสูงได้ วิธีที่สามคือการใช้พัดลมดูดอากาศ (ID fan) ซึ่งจะดูดก๊าซไอเสียออกจากเตาเผาและขึ้นไปตามปล่องไฟ เตาเผาแบบดูดอากาศเกือบทั้งหมดจะมีแรงดันลบ
2. ระบบดูดอากาศแบบบังคับ: การดูดอากาศเกิดขึ้นจากการบังคับอากาศเข้าไปในเตาเผาโดยใช้พัดลม (พัดลม FD) และท่อลม โดยปกติอากาศจะถูกส่งผ่านเครื่องทำความร้อนอากาศ ซึ่งตามชื่อก็บ่งบอกอยู่แล้วว่าเครื่องทำความร้อนอากาศจะทำให้อากาศที่เข้าไปในเตาเผาร้อนขึ้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของหม้อไอน้ำ มีการใช้แดมเปอร์เพื่อควบคุมปริมาณอากาศที่ส่งเข้าไปในเตาเผา เตาเผาแบบดูดอากาศบังคับมักจะมีแรงดันเป็นบวก
3. ระบบดูดอากาศสมดุล: ระบบดูดอากาศสมดุลได้มาจากการใช้ทั้งระบบดูดอากาศเข้าและระบบดูดอากาศออก ระบบนี้มักใช้กับหม้อไอน้ำขนาดใหญ่ที่ก๊าซไอเสียต้องเดินทางเป็นระยะทางไกลผ่านทางเดินของหม้อไอน้ำหลายทาง พัดลมดูดอากาศเข้าจะทำงานร่วมกับพัดลมดูดอากาศออก ทำให้ความดันในห้องเผาไหม้คงที่ต่ำกว่าความดันบรรยากาศเล็กน้อย

ขั้นตอนต่อไปในกระบวนการคือการต้มน้ำและทำให้เกิดไอน้ำ เป้าหมายคือการทำให้ความร้อนถ่ายเทจากแหล่งความร้อนไปยังน้ำได้อย่างสมบูรณ์ที่สุด น้ำถูกกักไว้ในพื้นที่จำกัดที่ได้รับความร้อนจากไฟ ไอน้ำที่เกิดขึ้นมีความหนาแน่นต่ำกว่าน้ำ ดังนั้นจึงจะสะสมอยู่ที่ระดับสูงสุดในภาชนะ อุณหภูมิของไอน้ำจะคงอยู่ที่จุดเดือดและจะเพิ่มขึ้นก็ต่อเมื่อความดันเพิ่มขึ้นเท่านั้น ไอน้ำในสถานะนี้ (อยู่ในสมดุลกับน้ำเหลวที่กำลังระเหยอยู่ภายในหม้อไอน้ำ) เรียกว่า " ไอน้ำอิ่มตัว " ตัวอย่างเช่น ไอน้ำอิ่มตัวที่ความดันบรรยากาศจะเดือดที่อุณหภูมิ 100 °C (212 °F) ไอน้ำอิ่มตัวที่นำมาจากหม้อไอน้ำอาจมีหยดน้ำปนอยู่ แต่หม้อไอน้ำที่ออกแบบมาอย่างดีจะให้ไอน้ำอิ่มตัวที่ "แห้ง" แทบจะสมบูรณ์ โดยมีหยดน้ำปนอยู่น้อยมาก การให้ความร้อนแก่ไอน้ำอิ่มตัวอย่างต่อเนื่องจะทำให้ไอน้ำอยู่ในสถานะ "ร้อนยวดยิ่ง" ซึ่งไอน้ำจะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่สูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัว และไม่มีน้ำเหลวอยู่ได้ในสภาวะนี้ เครื่องจักรไอน้ำแบบลูกสูบส่วนใหญ่ในศตวรรษที่ 19 ใช้ไอน้ำอิ่มตัว อย่างไรก็ตาม โรงไฟฟ้าพลังไอน้ำสมัยใหม่ใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ ของวงจรไอน้ำ ได้

LD Portaได้ให้สมการต่อไปนี้ในการกำหนดประสิทธิภาพของหัวรถจักรไอน้ำซึ่งสามารถใช้ได้กับเครื่องยนต์ไอน้ำทุกประเภท: กำลัง (kW) = ปริมาณไอน้ำที่ผลิตได้ (กก./ชม^. ) / อัตราการใช้ไอน้ำจำเพาะ (กก./kW ชม.)

การให้ความร้อนสูงยิ่งยวดสามารถผลิตไอน้ำได้มากขึ้นจากน้ำปริมาณเท่าเดิม เนื่องจากเปลวไฟมีอุณหภูมิสูงกว่าไอน้ำอิ่มตัวที่เกิดขึ้นมาก จึงสามารถถ่ายเทความร้อนไปยังไอน้ำที่เกิดขึ้นแล้วได้มากขึ้นด้วยการให้ความร้อนสูงยิ่งยวด และเปลี่ยนหยดน้ำที่แขวนลอยอยู่ในนั้นให้กลายเป็นไอน้ำมากขึ้น ซึ่งช่วยลดการใช้น้ำลงได้อย่างมาก

เครื่องทำความร้อนยิ่งยวดทำงานคล้ายกับขดลวดใน เครื่อง ปรับอากาศแต่มีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน ท่อไอน้ำ (ที่มีไอน้ำไหลผ่าน) จะถูกส่งผ่านทางเดินก๊าซไอเสียในห้องเผาไหม้ของหม้อไอน้ำ บริเวณนี้โดยทั่วไปจะมีอุณหภูมิระหว่าง 1,300–1,600  °C (2,372–2,912  °F ) เครื่องทำความร้อนยิ่งยวดบางชนิดเป็นแบบแผ่รังสี (ดูดซับความร้อนโดยการแผ่รังสีความร้อน ) บางชนิดเป็น แบบ พาความร้อน (ดูดซับความร้อนผ่านของเหลว เช่น ก๊าซ) และบางชนิดเป็นการผสมผสานของทั้งสองแบบ ดังนั้นไม่ว่าจะโดยการพาความร้อนหรือการแผ่รังสี ความร้อนสูงในห้องเผาไหม้ของหม้อไอน้ำ/ทางเดินก๊าซไอเสียจะทำให้ท่อไอน้ำของเครื่องทำความร้อนยิ่งยวดและไอน้ำภายในร้อนขึ้นด้วย ในขณะที่อุณหภูมิของไอน้ำในเครื่องทำความร้อนยิ่งยวดสูงขึ้น ความดันของไอน้ำจะไม่เพิ่มขึ้น เนื่องจากกังหันหรือลูกสูบ ที่เคลื่อนที่ ทำให้เกิด "พื้นที่ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง" และความดันจึงคงที่เท่ากับความดันของหม้อไอน้ำ^{[ 4 ]}กระบวนการทำให้ไอน้ำร้อนยิ่งยวดได้รับการออกแบบมาเพื่อกำจัดหยดน้ำทั้งหมดที่ปะปนอยู่ในไอน้ำเพื่อป้องกันความเสียหายต่อใบพัดกังหันและ/หรือท่อที่เกี่ยวข้อง การทำให้ไอน้ำร้อนยิ่งยวดจะขยายปริมาตรของไอน้ำ ซึ่งทำให้ไอน้ำปริมาณที่กำหนด (ตามน้ำหนัก) สามารถสร้างพลังงานได้มากขึ้น

เมื่อกำจัดหยดน้ำทั้งหมดออกไปแล้ว จะกล่าวได้ว่าไอน้ำอยู่ในสภาวะร้อนยวดยิ่ง

ในหม้อไอน้ำแบบท่อไฟของหัวรถจักรแบบสตีเฟนสัน กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการส่งไอน้ำอิ่มตัวผ่านท่อขนาดเล็กที่แขวนอยู่ภายในท่อไฟขนาดใหญ่ ทำให้ท่อเหล่านี้สัมผัสกับก๊าซร้อนที่ออกจากห้องเผาไหม้ ไอน้ำอิ่มตัวจะไหลย้อนกลับจากท่อส่งน้ำไปยังห้องเผาไหม้ แล้วไหลไปข้างหน้าอีกครั้งไปยังท่อส่งน้ำแห้ง การใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งเริ่มมีการนำมาใช้กับหัวรถจักรอย่างแพร่หลายประมาณปี 1900 เนื่องจากปัญหาเรื่องความร้อนสูงเกินไปและการหล่อลื่นของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ในกระบอกสูบและห้องไอน้ำ หม้อไอน้ำแบบท่อไฟหลายชนิดจะให้ความร้อนแก่น้ำจนเดือด แล้วจึงใช้ไอน้ำที่อุณหภูมิอิ่มตัว หรือก็คืออุณหภูมิของจุดเดือดของน้ำที่ความดันที่กำหนด (ไอน้ำอิ่มตัว) ซึ่งยังคงมีน้ำแขวนลอยอยู่เป็นจำนวนมาก ไอน้ำอิ่มตัวสามารถและเคยถูกนำไปใช้โดยตรงกับเครื่องยนต์ แต่เนื่องจากน้ำที่แขวนลอยอยู่ไม่สามารถขยายตัวและทำงานได้ และการทำงานหมายถึงการลดลงของอุณหภูมิ ของเหลวที่ใช้ในการทำงานส่วนใหญ่จึงสูญเปล่าไปพร้อมกับเชื้อเพลิงที่ใช้ในการผลิต

อีกวิธีหนึ่งในการผลิตไอน้ำอย่างรวดเร็วคือการป้อนน้ำภายใต้แรงดันเข้าไปในท่อหรือหลายท่อที่ล้อมรอบด้วยก๊าซจากการเผาไหม้ ตัวอย่างแรกสุดของวิธีนี้ได้รับการพัฒนาโดยGoldsworthy Gurneyในช่วงปลายทศวรรษ 1820 สำหรับใช้ในรถม้าไอน้ำ หม้อไอน้ำนี้มีขนาดกะทัดรัดและน้ำหนักเบามาก และการจัดเรียงแบบนี้ได้กลายเป็นมาตรฐานสำหรับงานทางทะเลและงานติดตั้งอยู่กับที่ ท่อมักจะมีส่วนโค้งจำนวนมากและบางครั้งก็มีครีบเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวให้มากที่สุด หม้อไอน้ำประเภทนี้โดยทั่วไปนิยมใช้ในงานที่มีแรงดันสูง เนื่องจากน้ำ/ไอน้ำแรงดันสูงถูกบรรจุอยู่ภายในท่อแคบๆ ซึ่งสามารถกักเก็บแรงดันได้ด้วยผนังที่บางกว่า อย่างไรก็ตาม มันอาจเสียหายได้ง่ายจากแรงสั่นสะเทือนในอุปกรณ์ขนส่งทางบก ในหม้อ ไอน้ำแบบ แยกส่วนที่ทำจากเหล็กหล่อซึ่งบางครั้งเรียกว่า "หม้อไอน้ำแบบหมูสับ" น้ำจะถูกบรรจุอยู่ภายในส่วนที่เป็นเหล็กหล่อ ส่วนต่างๆ เหล่านี้จะถูกประกอบเข้าด้วยกันทางกลไกในสถานที่เพื่อสร้างหม้อไอน้ำที่เสร็จสมบูรณ์

เครื่องกำเนิดไอน้ำแบบซูเปอร์คริติคอลมักใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยทำงานที่ความดันซูเปอร์คริติคอล แตกต่างจาก "หม้อไอน้ำแบบซับคริติคอล" ตรงที่เครื่องกำเนิดไอน้ำแบบซูเปอร์คริติคอลทำงานที่ความดันสูงมาก (มากกว่า 3,200  psiหรือ 22.06  MPa ) จนการเดือดจริง ๆ หยุดลง หม้อไอน้ำจึงไม่มีการแยกตัวของน้ำเหลวและไอน้ำ ไม่มีการเกิดฟองไอน้ำภายในน้ำ เนื่องจากความดันสูงกว่าความดันวิกฤตที่ฟองไอน้ำสามารถก่อตัวได้ ความดันจะลดลงต่ำกว่าจุดวิกฤตเมื่อทำงานในกังหันแรงดันสูงและเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ของเครื่องกำเนิด ส่ง ผลให้ใช้เชื้อเพลิงน้อยลงเล็กน้อยและจึง ปล่อย ก๊าซเรือนกระจก น้อยลง ไม่ควรใช้คำว่า "หม้อไอน้ำ" กับเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบความดันซูเปอร์คริติคอล เนื่องจากไม่มี "การเดือด" เกิดขึ้นจริงในอุปกรณ์นี้

น้ำป้อนหม้อไอน้ำต้องบริสุทธิ์ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยมีของแข็งแขวนลอยและสิ่งเจือปนที่ละลายอยู่น้อยที่สุด ซึ่งก่อให้เกิดการกัดกร่อนการเกิดฟองและการปนเปื้อนของ น้ำ ตัวเลือกที่พบได้บ่อยที่สุดสำหรับการกำจัดแร่ธาตุออกจากน้ำป้อนหม้อไอน้ำคือรีเวิร์สออสโมซิส (RO) และการแลกเปลี่ยนไอออน (IX) ^{[ 6 ]}

เมื่อน้ำเปลี่ยนเป็นไอน้ำ ปริมาตรของน้ำจะขยายตัวถึง 1,600 เท่า และไหลลงท่อไอน้ำด้วยความเร็วมากกว่า 25 เมตร/วินาที ด้วยเหตุนี้ ไอน้ำจึงเป็นวิธีที่ดีในการเคลื่อนย้ายพลังงานและความร้อนไปทั่วสถานที่ จากโรงหม้อไอน้ำส่วนกลางไปยังจุดที่ต้องการ แต่หากไม่มีการบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำที่เหมาะสม โรงงานผลิตไอน้ำจะประสบปัญหาการเกิดตะกรันและการกัดกร่อน ในกรณีที่ดีที่สุด จะทำให้ต้นทุนด้านพลังงานเพิ่มขึ้น และอาจนำไปสู่ไอน้ำคุณภาพต่ำ ประสิทธิภาพลดลง อายุการใช้งานของโรงงานสั้นลง และการทำงานที่ไม่น่าเชื่อถือ ในกรณีที่แย่ที่สุด อาจนำไปสู่ความล้มเหลวร้ายแรงและการสูญเสียชีวิต แม้ว่ามาตรฐานอาจแตกต่างกันไปในแต่ละประเทศ แต่ก็มีการใช้กฎหมาย การทดสอบ การฝึกอบรม และการรับรองที่เข้มงวดเพื่อพยายามลดหรือป้องกันเหตุการณ์ดังกล่าว รูปแบบความล้มเหลว ได้แก่:

• แรงดันเกินในหม้อไอน้ำ
• ปริมาณน้ำในหม้อไอน้ำไม่เพียงพอ ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและเกิดความเสียหายกับตัวถัง
• ความเสียหายของภาชนะรับแรงดันของหม้อไอน้ำเนื่องจากการก่อสร้างหรือการบำรุงรักษาที่ไม่เหมาะสม

รถไอน้ำโดเบิลใช้เครื่องกำเนิดไอน้ำแบบไหลผ่านครั้งเดียวชนิดไหลสวนทาง ซึ่งประกอบด้วยท่อต่อเนื่อง โดยไฟจะอยู่ด้านบนของขดลวดแทนที่จะอยู่ด้านล่าง น้ำจะถูกสูบเข้าไปในท่อจากด้านล่าง และไอน้ำจะถูกดึงออกมาทางด้านบน ซึ่งหมายความว่าทุกอนุภาคของน้ำและไอน้ำจะต้องไหลผ่านทุกส่วนของเครื่องกำเนิดไอน้ำ ทำให้เกิดการหมุนเวียนอย่างเข้มข้น ซึ่งป้องกันไม่ ให้เกิด ตะกอนหรือคราบตะกรันภายในท่อ น้ำจะไหลเข้าสู่ด้านล่างของท่อด้วยอัตราการไหล 600 ฟุต (183 เมตร) ต่อวินาที โดยมีน้ำอยู่ในท่อไม่เกินสองควอร์ตในแต่ละครั้ง

เมื่อก๊าซร้อนไหลผ่านระหว่างขดลวด ก๊าซจะค่อยๆ เย็นลงเนื่องจากความร้อนถูกดูดซับโดยน้ำ ส่วนสุดท้ายของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ก๊าซสัมผัสคือน้ำเย็นที่ไหลเข้ามา

ไฟจะดับลงอย่างแน่นอนเมื่อความดันถึงจุดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ซึ่งโดยปกติจะตั้งไว้ที่ 750 psi (5.2 MPa) ซึ่งเป็นความดันน้ำเย็นวาล์วนิรภัยที่ตั้งไว้ที่ 1,200 lb (544 kg) จะให้การป้องกันเพิ่มเติม ไฟจะดับลงโดยอัตโนมัติทั้งจากอุณหภูมิและความดัน ดังนั้นในกรณีที่หม้อไอน้ำแห้งสนิทก็จะไม่สามารถทำให้ขดลวดเสียหายได้ เนื่องจากไฟจะดับลงโดยอัตโนมัติจากอุณหภูมิ^{[ 7 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหมุนเวียนบังคับที่คล้ายกันเช่น หม้อไอน้ำ Pritchard and Lamont และ Velox ก็มีข้อดีเช่นเดียวกัน

หม้อไอน้ำใช้ในสถานที่ที่ต้องการไอน้ำและไอน้ำร้อน ดังนั้นหม้อไอน้ำจึงถูกใช้เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในธุรกิจพลังงาน นอกจากนี้ยังใช้ในโรงสีข้าวสำหรับการต้มและอบแห้ง นอกเหนือจากพื้นที่การใช้งานที่หลากหลายในอุตสาหกรรม เช่น ในระบบทำความร้อนหรือ การผลิต ซีเมนต์แล้ว หม้อไอน้ำยังใช้ในภาคเกษตรกรรม สำหรับ การอบไอน้ำดินอีกด้วย^{[ 8 ]}

รหัสการทดสอบเครื่องกำเนิดไอน้ำแบบใช้เชื้อเพลิงที่โดดเด่นที่สุดในสหรัฐอเมริกาคือรหัสการทดสอบประสิทธิภาพของสมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกา (ASME) PTC 4 ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องคือเครื่องทำความร้อนอากาศแบบหมุนเวียน การแก้ไขครั้งใหญ่ของรหัสการทดสอบประสิทธิภาพสำหรับเครื่องทำความร้อนอากาศจะได้รับการเผยแพร่ในปี 2013 สำเนาร่างมีให้ตรวจสอบ ^{[ 9 ] [ 10 ]}มาตรฐานยุโรปสำหรับการทดสอบการยอมรับหม้อไอน้ำคือ EN 12952-15 ^{[ 11 ]}และ EN 12953–11 ^{[ 12 ]}มาตรฐานของอังกฤษ BS 845-1 และ BS 845-2 ยังคงใช้ในสหราชอาณาจักร^{[ 13 ] [ 14 ]}

• คำศัพท์เฉพาะทางด้านหม้อไอน้ำ

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับหม้อไอน้ำในวิกิมีเดียคอมมอนส์