手烧炉是把新煤加在灼热的焦炭层之上，灼热焦炭层之下为灰层，燃烧层的结构如图2所示，其中I-灰渣区；Ⅱ-氧化区；Ⅲ-还原区；Ⅳ-干燥干馏区。图2也示出了燃烧层中温度及各种气体成分的变化。空气从炉排下送入，先经灰渣区，空气中的氧没有变化。然后流过灼烧的焦炭层，焦炭在燃烧，空气中的氧逐渐减少，而二氧化碳逐渐增多形成氧化区。继而氧气不足，氧缓慢减少，而一部分二氧化碳还原成一氧化碳，形成还原区。最后经过新煤的干燥干馏区。

煤加入锅炉后水分先蒸发，继而挥发分挥发。挥发分都是碳氢化合物，它挥发后形成何种物质，与其挥发时是在富氧环境中，还是在缺氧环境中差别很大。在富氧情况下挥发时，碳氢化物有氧存在就成为羟基化合物，羟基化合物与氧又生成醛。一部分醛直接燃烧生成H₂O及CO₂；另一部分分解成H₂及CO，然后燃烧，而H₂及CO很容易燃烧。挥发分在缺氧情况下挥发时，由于缺氧，不可能形成羟基化合物，而进行热分解形成H₂及炭黑(C)。H₂很容易燃烧生成H₂O；炭黑是直径0.5～1 um的固体碳粒，很难燃烧，且由于很细，一般旋风式等除尘器难以捕捉，因而随烟气排出而形成黑烟。

从图2不难看出，手烧炉煤中的挥发分在干燥干馏区挥发，是在严重缺氧的条件下挥发的，必然产生炭黑而冒黑烟。不论是任何种类的机械化层燃炉或室燃炉，只要是挥发分是在缺氧情况下挥发都会冒黑烟。