锅炉二层炉膛是大容量燃煤、生物质锅炉在炉膛结构优化中衍生的分层燃烧核心组件，通常设置在主炉膛上部、折焰角下方区域，通过水冷壁管屏或耐火浇筑料分隔形成相对独立的二次燃烧空间，和下部主炉膛通过预设的烟气流通口连通，是适配分级燃烧技术、提升锅炉热效率的关键结构之一。
从结构设计来看，二层炉膛并非独立于主炉的外置结构，而是依托原有炉膛水冷壁体系搭建的分层腔体：下部主炉膛承担燃料初燃功能，煤粉、生物质颗粒等燃料经燃烧器喷入后，在一层炉膛内完成挥发分析出、固定碳初步燃烧的过程，未完全燃尽的可燃颗粒、高温烟气会顺着流通通道进入二层炉膛；二层炉膛区域通常会配套布置二次风喷口、燃尽风喷口，部分循环流化床锅炉的二层炉膛还会设置物料回流口，配合分离器实现未燃尽颗粒的循环燃烧。
二层炉膛的核心作用主要体现在三个方面：第一是延长燃料燃烧行程，一层炉膛内未充分燃烧的细颗粒燃料、一氧化碳等可燃气体，会在二层炉膛内停留更长时间，配合送入的过量空气完成充分燃尽，可有效降低固体不完全燃烧热损失与气体不完全燃烧热损失，通常能让锅炉整体热效率提升2%-5%；第二是实现低氮燃烧，二层炉膛的分级配风设计会让主燃区处于还原性气氛，抑制热力型氮氧化物的生成，可燃组分在二层炉膛内的低温燃尽过程也能减少氮氧化物排放，适配当前的环保排放要求；第三是优化炉膛换热工况，二层炉膛区域布置的水冷壁受热面可提前吸收高温烟气的部分热量，避免炉膛出口烟温过高造成过热器结焦、超温等问题，提升锅炉长期运行的稳定性。
需要注意的是，二层炉膛并非所有锅炉的标配结构，通常只有蒸发量在75t/h以上的大容量电站锅炉、大型工业锅炉才会设置，小型快装锅炉受炉膛体积限制，一般不会设计二层炉膛结构。日常运行中需要重点关注二层炉膛的积灰、结焦情况，避免流通通道堵塞影响炉膛负压与燃烧效率。