发明属于改造固体燃料层式燃烧的技术领域。 现有层燃煤炉类型多、量大、面广、耗能高、效率低。其浪费、污染情况，各节煤、环保部门的统计文件足供参考。有关书籍很多，如浙大陈运铣编锅炉燃烧过程引论、孙竹生编蒸汽机车工程、柴志明编蒸汽锅炉的理论和计算……等等。
发明目的，想把年烧两亿多吨煤炭的层燃炉，经过简易改造旧炉，和设计制造新炉，较大幅度的提高其燃烧效率和热强度，以达到较大幅度的节能、消烟、提高热效率之目的。
现有层燃方式，进行着炉床上地煤层燃烧和炉膛空间的室燃。炉气承载可燃物（可燃气体和炭粒）在炉膛内的运动轨迹和逗留时间，完全受气体流程和流速的限制，因而室燃的气体动力结构对燃烧过程起着极为重要的决定作用。层燃的气流结构为直线型，气流承载可燃物在炉膛内的运动基本为平行直线流程，所以不可能使氧与可燃物充满全空间良好均匀的混合接触，并逗留足够时间进行反应。结果已燃未尽和未燃之炭粒与可燃气体，以及过剩空气等，都将由烟囱逸损，仅这三项，一般约为5%～30%的热损失。
为减少这部分损失，有的层燃炉送入炉膛二次风，蒸汽机车锅炉用导风器送入炉膛蒸汽空气混合物，目的都是为了辅助燃烧减少损失。但二次风各咀都仅射出一股气流集中到炉床直接上方中央一点处进行局部扰动混合助燃没有遍布于全截面。导风器则是在火箱拱砖下面，炉床上方约500毫米高处，由两侧扳上交错相对平行布置若干二次混合风咀，与炉气进行扰动混合助燃，由于仅是在原层燃气流结构上进行局部助燃，而不是彻底改变层燃气流结构，就必然仍存留其缺点，不能全部均匀混合，并延长足够时间，得到较完全的燃烧。而且距炉床较近，不是炉温最高处，射入的二次风不仅有降低炉温之可能，且有压抑层燃气流畅通之弊，而影响了层式燃烧。故而虽有这种装置，多不使用，未起到设想的作用。
我的发明是在不影响现有层燃稳定性的前提下，变革炉膛内适当局部空间的全部层燃气体动力结构，为先进的气体动力结构，形成炉床和此局部空间具有不同方式的两段强化燃烧中心，以大幅度的提高此部分的室燃效率和热强度，来促进炉床煤层的燃烧率。
如属于改造现用的几万台层燃煤炉，在不动其炉体结构的前提下，结合各型炉的具体条件，于炉膛内选一距炉床较远，最好是经过回转（回程），而炉温达最高（不低于1100℃）处的空间变革成先进室燃。由于各型类固定炉的结构和燃烧各异，不易概括，今以燃烧效率最低（热效率仅为8%）构造和燃烧情况基本相同的蒸汽机车锅炉为典型例子，以说明各问题。如图1，为机车锅炉现有层燃气体动力结构示意。火箱内拱砖下面的层燃气流结构保持不变，而变革火箱拱砖上面的部分和再燃室这段连通空间为先进的气体动力结构。不论这段空间内腔的形状如何，都可因炉制宜的选择几个与进入此空间的层燃炉气基本垂直（也可根据炉膛结构呈一斜度）的空间横截面（如图1A-A、B-B、C-C），每个截面设置几个风咀，每个风咀沿截面内自轴心至炉壁的几个（根据截面大小，以能变革全截面的气流结构为准）空间假想同心圆的切线方向射入几股不同流量、不同流速（以到达各假想圆的切点处，几股切圆气流的动量基本相等为准）的气体（空气、蒸汽、炉气、或某二者混合）射流，如图2所示。当层燃炉气携带炭粒进入此空间时，受到第一截面向室内倾一角度安装的两风咀的射流诱导，使层燃炉气和携带的炭粒顺利进入，以保证拱砖下火箱内的层燃气流和层式燃烧不受影响，甚或对炉床下一次风的引入也起到诱导作用。由于气体射流、与进入的层燃炉气和炭粒的流向、流速、温度、浓度等等都不同，所以经过射流沿各假想圆的切向拦截、冲击后，它们之间必然要进行物质、热量、动量等等的交换，破坏了原有层流秩序，迫使它们在全截面上形成强烈的脉动紊流，为气流与可燃物充满全空间，充分均匀混合接触反应打下基础。于此进口处的炉温约为1300℃，在强烈紊流混合下，向高温燃气扩散氧的速度很高，首先急剧燃烧起来，迅速提高炉温，约可达1500℃，改善了炉内热工状况，为炭粒的燃烧创造了有利条件。由于炭粒比气流的惯性大得多，离心作用强得多，并且运动轨迹也不相同，所以炭粒与气流的相对速度很高，相差数倍，因此向炭粒扩散氧的速度必然也很快，高速氧冲刷炭粒表面时，不可能保持稳定的燃烧，只能气化，介吸后的气化产物向四周扩散的速度也很高，再与紊流中的氧迅速反应燃烧，大大地加强了炭粒单位表面上的气体交换，因而炭粒的化学反应也很剧烈。
第一截面的射流将沿各假想圆卷吸炉气旋转，炉气将拖曳射流沿轴向前进，结果形成自轴心至炉壁的几圈圆形掺杂炭粒的混合旋转气流螺旋前进，并使炭粒的离心力逐渐增强向炉壁分离。因需较大动量的射流才能卷吸层燃直流炉气旋转，但为保持炉内较高温度水平，射流宜力求高速少量。以机车锅炉为例，由于它炉床进入的一次风过多，一般过剩空气系数α＝1.2-1.5，所以气体射流可以采用乏汽。进口风速约为150米/秒，射流量约占炉气量的7～10%，即能将通过炉膛的直流炉气和其中的炭粒卷吸旋转，见图二之示意。实际上横向射流与直流炉气搅拌混合到一起，互相扰动交织还形成许多紊流区，图上未示出。如此便把这段空间变革成螺旋紊流动力结构的燃烧室，自形成一个与层燃气体动力结构完全不同的强化燃烧中心。
如此紊流螺旋前进的几圈混合燃烧物，再遇到第二截面三风咀的射流切入，沿轴向再次起到交会紊流的混合作用，沿各圆形涡流圈的切向则加强了它们的旋度和炭粒的分离作用，绝大多数炭粒基本上都根据不同颗粒度，一方面各沿所在涡流中形成不同大小的圆周旋转运动，一方面又逐渐超越所在涡流圈向炉壁波及分离。随着气化燃烧过程的发展，炭粒尺寸不断缩小，当第二截面气体射流切入进行强烈紊流混合时，对于已进入燃烧终结阶段的可燃气体和逐渐缩小到一定尺寸的炭粒，尤其起着极为重要的急剧燃尽作用。炭粒受到种种力的作用，小炭粒受轴向曳引力较突出，因而旋转圈数较少，靠近轴心部分随气流螺旋运动基本燃尽。大炭粒受离心力较突出，因而旋转圈数较多，在燃烧室内逗留的时间较长，并逐渐波及分离到近炉壁大约100毫米厚的高旋度气流环带中，作复杂的沸腾旋转运动，气流与炭粒的旋转速度相差5～6倍，所以沸腾层中的炭粒也是进行着急剧的气化和气化产物的燃烧反应。这种根据炭粒大小，自动调节在螺旋紊流燃烧室内的流程和逗留时间的现象，是提高炭粒燃尽程度的保证之一。
如果还有第三……等截面的气体射流切入，当然更加强轴向紊流混合和切向旋度。如果沸腾环带中的大炭粒螺旋运行到出口遇有挡板（例如烟管板）时，将产生回路逆转，回转到一定深度后，将再被正向气流卷吸一同又向管板前进，如此往复循环，更能提高燃烧的完全程度。由上可见，炭粒和燃气在螺旋紊流燃烧室中，进行着空间可燃物与氧紊流混合的化学反应过程，和炉壁附近沸腾燃料层与氧的化学反应过程。决定燃烧强度的是燃料的气化和气化产物的燃烧，而气化产物的燃烧又取决于紊流的强度。一般燃烧室效率可达90%以上;容积热强度可达3百万大卡/m3小时以上，过剩空气系数可达α＝1.1左右。越是浪费严重黑烟滚滚的煤老虎，越是燃烧劣碎煤，被吹播于炉膛中的炭粒越多的炉子，采用这种燃烧方法，收效就越大。这是因为凡不利于层燃的因素，都可转变为有利于螺旋紊流室燃的因素。
由上可见，我发明的这种螺旋紊流燃烧方式，既具有先进旋风燃烧气体动力结构的某些共性，因而必将发挥旋风燃烧的高效率、高强度、低过剩空气等的优点;又具其独有的特性，而利于空间的紊流燃烧。虽然发挥了旋风燃烧的某些基本优点，但我却完全破除了旋风燃烧所必须具备的严格基础条件，和复杂的辅助系统设备，以及对煤种、运行液态排渣等等的麻烦限制和要求，仅仅代之以我所发明的特殊射流。如此便可实现，既能无损现有各类层燃煤炉的原有结构，又能效高易行地进行两段强化燃烧的技术改造。
如果应用我的发明，设计制造新型的炉床层燃和先进室燃两段强化燃烧中心的煤炉，不仅结构简单、节省钢材、炉体减小，效果将会更增大。只要一个保留炉床层燃气流结构的炉膛，发挥层燃稳定性的优点，另于层燃气流迂回拐弯处，也就是层燃温度达到最高处设置一个内腔较具流线型的螺旋紊流燃尽室，此室可以设计成燃烧50%以上的可燃物，更多的发挥旋风燃烧的优点，大大提高炉子出力。截面的气体射流风咀可以更合理的布置。例如，最后一截面的气体射流风咀，安在燃尽室末端前适当距离处，向燃尽室进口方向倾一角度，以减缓较大炭粒前进的速度，并可防止冷射流直接射击出口烟管板。可燃物如能在此室内基本燃尽，由于此室炉温可能较高于层燃段，所以需要经过两回程的烟管迂回多吸收它的热量。如果为了更提高燃烧效率，更多的吸收热量，也可于螺旋紊流燃烧室后再设一燃尽室，然后再进入烟管排出。从环保角度来说，这种燃烧较理想时，烟囱只能望到白气。
关于气体射流风咀的构造，可以根据所采用的气体类别和炉体结构，以及可使用的动力等来考虑。不论现用的导风器、引射泵……等等输送二次风的哪种装置，与我发明气体射流风咀的不同之点在于：原有这些型类的风咀，每个角度位置只设一个风咀，一咀只射出一股气流。而我的发明是每个位置装设一个同时射出几股不同角度（根据不同情况，可能包括不同流速不同流量）的射流，或者根据结构情况，于每个位置装设几个各射出不同角度的射流，以形成同时切几个假想同心圆的切线射流。
综观上述我的发明与现用单一层燃相比，具有如下优点和效果：
1、由于良好均匀混合接触，增加反应机会，减少过剩空气。这种均匀混合，较之一些层燃炉采取的多回程迂回混合完善得多，因为迂回混合并未完全摆脱平行直流的范畴，混合的速度、均匀性和充满空间性都不及此。气体射流的作用主要是用其动量变革气体动力结构，如为空气射流，可以增加炉床煤层厚度，提高炉床燃烧率，减少一次空气量，把增加悬浮在煤层上面的可燃物，转移与二次空气射流中的氧进行螺旋紊流室燃。如此便可使两段燃烧中的可燃物都能与适量的氧均匀混合，不会增加过剩空气，一般可以维持在α＝1.05～1.2。各型层燃炉都没有这样低的过剩空气。如机车锅炉在一般运转情况下，其α＝1.2～1.5，由烟囱带出2%～4%的热量损失;严重时可达α＞2，将由烟囱带出10%的热量损失。因此，它就不需要补充二次空气，它的截面射流只用其汽缸乏汽即可，其目的仅为用其动量变革气流结构，它的一次空气量足够其两段燃烧用了。由于我这种燃烧方式的过剩空气少，平均约可减少3%以上的热量损失。
2、由于炉温提高，改善了炉子热工状况;又由于炉气的螺旋紊流运动速度极快，尤其炭粒和炉气的相对速度加快几倍，因而各种反应过程必然加速很多;所以燃气可以达到完全燃尽的程度，对于炭粒的燃烧也大大有利。如机车锅炉在一般运转情况下，由烟囱逸出的CO为排出烟气量的2%，约相当于6%的热量损失;严重时可能高达7%，约相当于20%的热量损失。尚未计及逸出其它可燃气体的损失。其他层燃炉的可燃气体逸损虽各不同，但能燃尽者不多。由于我这种燃烧方法可以消除可燃气体的逸损，故可减少5%以上的热量损失。
3、由于可燃物螺旋运行，紊流扰动，还可能有往复循环，因此炭粒逗留进行反应的时间延长，加上混合均匀反应机会多，和反应速度快，所以小炭粒可以基本燃尽，大炭粒亦可燃烧大半。如机车锅炉一般运转情况下，约有15%～20%的炭粒由烟囱逸损，采用我这种燃烧方法，约可减少10%的炭粒逸损。
由上可见，采用这种燃烧方法，平均可能节约现有层燃煤炉从烟囱逸出的30%～50%的热量损失，每年得以百万吨计。而这些热损失不仅在室燃内进行了放热反应，提高了炉子热效率，减少了污染，并且由于室燃热强度的提高，还可以加厚煤层，提高炉床燃烧率，把被吹起到炉膛内的可燃物，都转移到螺旋紊流燃烧室内进行室燃，进一步提高炉子出力，这项积极效果，更高于节能。
例如机车锅炉的燃烧强度，一般约为3百万大卡/m2小时，比一般固定炉仅为0.8～1.5百万大卡/m2小时高得多。按机车锅炉有30%的可燃物在螺旋紊流室内燃烧，假如全部燃尽，它的容积热强度不过约为2百万大卡/m3小时，较螺旋紊流室的容积热强度3百万大卡/m3时还差很多。所以螺旋紊流室内还可以燃烧更多的可燃物，以促进炉床燃烧率的提高。这就有可能把机车的热效率从8%提高到10%以上，因而提高了铁路运输能力。因为蒸汽机车仍为铁路运输主力，约占80%，所以这方面的效果，与节能可以并列。至于固定炉就更大有文章可做了，使用我的燃烧方法后，可以普遍平均提高炉子出力10%～20%。
此外，因为我的燃烧方法有一段室燃，所以适于燃烧劣质碎煤，以充分发挥室燃的效能，因而可以节约优质块煤。尤其机车，它为燃用优质块煤，自用煤的运输量相当大，（它现有八千台，年耗煤几千万吨），如能就地取材燃用劣碎煤，不仅可以减少它自用煤的运输量，还可以使加煤完全机械化，减轻劳动，因为煤中每含1%的0～6毫米的煤末，将使加煤机机车的锅炉效率降低0.4～0.5%，而这些煤末，正好是螺旋紊流燃烧的适当粒度，所以炉床上被吹起的煤末越多，越适合这种燃烧方式，这是一种强化层燃的效高易行的方法。
这种燃烧方法的炉温高也是特点，有需要高温（1500℃）加热的锻件。油炉和煤气炉等不能解决的，这种燃烧加热炉可以解决，不过须以旋风室燃为主，炉床层燃为辅。这就变革成炉床层燃旋风室燃两段强化燃烧中心的炉子。
如果实现这项发明的专利权，最好是通过炉子制造和使用的主管部门，与发明者签定合同，把改造旧炉和设计新炉并举。先选择现用批量大，耗煤多的几类典型炉子有领导的进行改造;同时根据现在最多使用的几类炉子的参数，有领导的设计新炉;我可以参加这些重点的改造和设计。
至于分散使用的各种类型、各种用途的所有大小层燃煤炉，也应由各地区的主管部门与发明者签定合同进行改造。