Tvaika katli jau vairākus gadsimtus ir bijuši noderīgs enerģijas avots. Ar vienkāršu uzstādīšanu tvaika katls apvieno ūdeni un siltumu, lai radītu spiediena tvaiku, ko var viegli manipulēt iekštelpu apkurei, dzinēju darbināšanai un citam. Ir daudz veidu tvaika katlu, un katram no tiem ir unikāls mērķis. Tomēr šīs jaudīgās iekārtas ir saistītas ar drošības riskiem, tostarp ugunsgrēkiem un sprādzieniem.
Tvaika katla pamatiestatīšanai ir nepieciešami tikai daži galvenie komponenti. Tvertne ir vissvarīgākā, jo šī hermētiskā tērauda vai kaltas dzelzs tvertne satur ūdeni, kas tiks pārvērsts tvaikā. Zem tvertnes atrodas sildelements, kas parasti darbojas ar gāzi, eļļu vai oglēm. Tvaika vārsts ir neliela atvere tvertnes augšpusē, kas parasti ir piestiprināta pie caurules. Lielākajai daļai augstspiediena tvaika katlu ir arī skurstenis, kas palīdz izvadīt no sistēmas lieko siltumu.
Tvaika katla darbība ir tikpat vienkārša. Sildīšanas elements tiek sasildīts līdz augstai temperatūrai. Tvertnes ūdens beidzot sāks vārīties un veidos tvaiku. Kad tvaiks veidojas, tas tiek turēts tukšajā tvertnes daļā, kas pazīstama kā kupols, radot augsta spiediena vidi. Kad spiediens sasniedz noteiktu līmeni, kas ir atkarīgs no katla izmēra, spiediens tiek atbrīvots, izejot no tvaika vārsta, tādējādi radot enerģiju, kas nepieciešama dzinēju un apkures sistēmu darbināšanai.
Šis darbības pamatrežīms ir sastopams vairumā katrā tvaika katlā, taču ir dažas modifikācijas, kas ir izveidotas dažādiem mērķiem. Pārkarsēts katls veic standarta procesu un tālāk uzsilda tvaiku, palielinot temperatūru un enerģijas jaudu, un to parasti izmanto lielu turbīnu rotēšanai. Ūdens cauruļu katli aizvieto lielo tvertni ar virkni ar ūdeni pildītu cauruļu, kas var ātrāk sasniegt vārīšanās temperatūru un izdalīt vairāk tvaika.
Tvaika katls nodrošina efektīvu enerģiju dažādām vajadzībām, taču tas ir arī liels drošības risks. Apvienojot augstas temperatūras un augsta spiediena situācijas, var viegli notikt katla eksplozijas un aizdegšanās. Katlu operatori tradicionāli rūpīgi uzrauga tvertnes temperatūru, lai novērstu katastrofu, un mūsdienu katliem ir datorizētas sistēmas sildelementu izslēgšanai. Turklāt slēgta katlu sistēma, kas pazīstama kā Hartford Loop, pastāvīgi padod tvertnes ūdens padevi, lai novērstu tukšas tvertnes sprādzienbīstamību.