Uma caldeira de calor residual utiliza o calor formado como subproduto de outro processo, calor que normalmente seria desperdiçado, e o utiliza para criar vapor. O vapor pode ser usado para mover turbinas que produzem eletricidade. Alternativamente, a caldeira pode simplesmente ser usada para aquecer água ou outros tipos de fluidos. Ao reciclar parte da energia usada, uma caldeira de calor residual ou uma caldeira de recuperação de calor residual pode reduzir o consumo de combustível fóssil e os custos financeiros da operação de um sistema. Isso também significa que menos gases de efeito estufa são liberados na atmosfera.
O projeto da caldeira de calor residual compreende dois tipos principais: caldeiras flamotubulares ou caldeiras shell e caldeiras aquatubulares. Nas caldeiras flamotubulares, um invólucro de aço envolve um espaço cheio de água com tubos de metal dentro. Gases quentes produzidos em um processo de combustão, como dentro de um forno, passam para frente e para trás pelos tubos e transferem calor para a água ao redor.
As caldeiras de calor residual de tubo de fogo têm a vantagem de serem relativamente simples de construir, instalar e manter. A energia térmica armazenada na água pode ser utilizada para atender a demanda extra no curto prazo, embora se todo o calor for usado, há a desvantagem de que levará muito tempo para repor. Outra limitação desse tipo de equipamento é que ele não pode operar nas pressões mais altas que uma caldeira tubular de água pode atingir.
Uma caldeira de calor residual de tubo de água pode suportar pressões de vapor muito mais altas do que uma caldeira de tubo de fogo, mas é mais difícil de construir e instalar. Dentro deste tipo de caldeira, existem tubos mais estreitos do que dentro de uma caldeira flamotubular, e os tubos contêm água em vez de gases quentes. Em uma inversão de sistema dentro de uma caldeira flamotubular, o calor residual, na forma de gases quentes ou chamas do forno, envolve os tubos cheios de água. Materiais isolantes são usados para proteger os tubos da caldeira contra danos provocados por chamas. Além de tolerar altas pressões, uma caldeira de calor residual de tubo de água pode responder rapidamente a mudanças na entrada de calor.
Caldeiras de calor residual podem ser usadas no que é conhecido como usinas combinadas de calor e energia, ou CHPs. São usinas de energia que usam o calor que normalmente é criado como subproduto da geração de eletricidade, melhorando a eficiência de cerca de 40% para cerca de 70%. A eficiência máxima é alcançada quando o calor é usado no local da usina ou muito próximo a ele.