由于燃煤颗粒的非均匀性以及燃料成分的多变性，层燃过程的热质交换是非常复杂的。在理论分析时，通常可以认为：煤块或煤粒为球形（图1）；氧的扩散和传热只沿着煤颗粒的半径方向进行；在熄火的情况下，由于煤颗粒的温度较低，因而煤颗粒表面不存在CO₂+C→CO的还原反应，反应处于动力区，扩散到煤粒可燃核心的氧在焦炭表面上只生成CO₂；在焦炭表面上进行的化学反应为一级反应，可以用阿伦尼乌斯公式表示；忽略煤粒向周围环境的辐射散热损失。

图1 球形煤块或煤粒

在实际计算应用中，若考虑稳态条件，则认为传质过程中单位时间内从周围环境向灰层表面扩散的氧量、单位时间内穿过灰层的氧量与煤颗粒可燃核心面上单位时间内反应消耗的氧量三者相等，并利用传质系数、扩散系数、反应速率等参数，即可对层燃的质量传递过程进行描述。而传热过程中单位时间内通过灰层传出的热量、从灰层表面向周围的对流传热量与化学反应放热量等三者相等，结合导热系数、对流换热系数、化学反应热等参数，即可对层燃的热量传递过程进行描述。

一般而言，在稳定燃烧的情况下，可燃核的表面温度与下列因素有关：空气中氧的浓度、灰层温度、灰层厚度、碳的反应能力、灰层表面和周围环境的传热及传质速度等。

在分析层燃炉中的化学反应过程可假定：

①燃料层是由固体燃料块组成，在这些燃料块之间有许多网格状槽道；

②在燃料块与流过这些槽道的气流中心区之间，夹着包围在燃料块周围的气体边界层；

③燃料块的燃烧处于扩散区；

④从化学反应的观点看，燃料层分为3个区域（图2）。

区域Ⅰ，燃料表面和空气中的氧之间发生以下的反应：

区域Ⅱ，燃料表面和空气中的氧之间发生以下的反应：

区域Ⅲ，燃料颗粒在表面上按以下的还原反应式直接和CO₂反应：

图2 燃料层发生的化学反应