Принципиальная схема современного мощного котлоагрегата с естественной циркуляцией, работающего на угольной пыли, показана на рис. 1. Угольная пыль вдувается в топочную камеру вместе с необходимым для горения воздухом через горелки.
Мелкие частицы угля в топочной камере сгорают, образуя факел, в ядре которого температура достигает 1500-2000 °С.
Стены топочной камеры покрыты трубами, образующими радиационные поверхности нагрева (экраны). По ним циркулирует вода и пароводяная смесь, образующаяся под действием излучения факела. При этом продукты сгорания охлаждаются, на выходе из топочной камеры их температура обычно снижается до 1000-1200 °С.
Омывая разреженный пучок труб (фестон) или отдельные змеевики пароперегревателя (ширмы), дымовые газы передают им теплоту частично, конвекцией, частично радиацией и далее поступают в горизонтальный газоход, в котором располагаются змеевики, конвективного пароперегревателя. По змеевикам движется пар, который, отнимая теплоту от продуктов сгорания, перегревается до температуры 510-560 °С. Продукты сгорания, охлажденные в пароперегревателе до 500-600 °С, направляются в вертикальный опускной газоход, в котором расположены трубы водяного экономайзера. По трубам проходит питательная вода, которая нагревается и поступает в барабан котлоагрегата для пополнения испарившейся в экранах воды. Далее продукты сгорания поступают в воздухоподогреватель, где, проходя внутри трубок, подогревают воздух, подаваемый затем через горелки в топку. Продукты сгорания охлаждаются в воздухоподогревателе до температуры 110-180 °С и поступают в золоуловитель, в котором отделяется летучая зола, а затем дымососом выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. Холодный воздух забирается дутьевым вентилятором вверху котельной и подается через воздухоподогреватель и воздухопроводы в топку.
К барабану присоединены многочисленные трубы экранов, по которым в него поступает пароводяная смесь. Пар в барабане отделяется от воды и поступает в пароперегреватель, а оставшаяся вода смешивается с подаваемой питательной водой и по опускным необогреваемым трубам, расположенным снаружи топочной камеры, поступает к нижним коллекторам экранов. Из коллекторов вода распределяется по трубам экрана и, поднимаясь по ним, частично испаряется за счет излучения факела; образовавшаяся пароводяная смесь поступает в барабан.
Подъем пароводяной смеси по трубам экранов и опускание воды по опускным трубам, т. е. естественная циркуляция, происходят за счет разности плотностей воды в опускных трубах и пароводяной смеси в трубах экрана. Поэтому барабанные котлоагрегаты называются котлами с естественной циркуляцией.
Для большего охлаждения факела у многих современных котлоагрегатов паропроизводитсльностью 400 т/ч и выше топочную камеру делят на две части двухсветным экраном, трубы которого обогреваются лучистой теплотой факела с обеих сторон (рис. 2). В такой топке — две холодные воронки, в которых происходят охлаждение и затвердевание выпавших из факела частиц спекшейся золы, образующих шлак.