Una caldera de calor residual usa el calor formado como subproducto de otro proceso, calor que normalmente se desperdiciaría, y lo usa para crear vapor. El vapor se puede utilizar para impulsar turbinas que producen electricidad. Alternativamente, la caldera puede usarse simplemente para calentar agua u otros tipos de fluidos. A medida que recicla parte de la energía utilizada, una caldera de calor residual o una caldera de recuperación de calor residual pueden reducir el consumo de combustibles fósiles y los costos financieros de funcionamiento de un sistema. Esto también significa que se liberan menos gases de efecto invernadero a la atmósfera.
El diseño de la caldera de calor residual comprende dos tipos principales: calderas de tubo de fuego o calderas de carcasa y calderas de tubo de agua. En las calderas de tubos de fuego, una carcasa de acero encierra un espacio lleno de agua con tubos metálicos en su interior. Los gases calientes producidos en un proceso de combustión, como dentro de un horno, pasan de un lado a otro a través de los tubos y transfieren calor al agua circundante.
Las calderas de calor residual de tubos de fuego tienen la ventaja de que son relativamente sencillas de construir, instalar y mantener. La energía térmica almacenada en el agua se puede utilizar para responder a una demanda extra a corto plazo, aunque si se utiliza todo el calor existe la desventaja de que tardará mucho en reponerse. Otra limitación de este tipo de equipo es que no puede funcionar a las presiones más altas que puede alcanzar una caldera tubular de agua.
Una caldera de calor residual con diseño de tubo de agua puede soportar presiones de vapor mucho más altas que una caldera de tubo de fuego, pero es más difícil de construir e instalar. Dentro de este tipo de caldera, hay tubos más estrechos que dentro de una caldera de tubos de fuego, y los tubos contienen agua en lugar de gases calientes. En una inversión del sistema dentro de una caldera de tubos de fuego, el calor residual, en forma de gases calientes o llamas de horno, rodea los tubos llenos de agua. Se utilizan materiales aislantes para proteger los tubos de la caldera contra daños por llama. Además de tolerar altas presiones, una caldera de calor residual de tubos de agua puede responder rápidamente a los cambios en la entrada de calor.
Las calderas de calor residual se pueden utilizar en lo que se conoce como plantas combinadas de calor y energía, o CHP. Se trata de centrales eléctricas en las que se utiliza el calor que normalmente se crea como subproducto de la generación de electricidad, lo que mejora la eficiencia de alrededor del 40 por ciento a alrededor del 70 por ciento. La máxima eficiencia se logra cuando el calor se usa en o muy cerca del sitio de la planta.