分级燃烧技术是将煤、燃烧空气及生料分别引入，以尽量减少NOX生成和尽可能将NOX还原成N2的技术。
空气分级燃烧技术是将燃烧所需的空气分级送入炉内，使燃烧在炉内分级分段燃烧。燃烧区域的氧浓度对各种类型的NOX生成都有很大影响。当过剩空气系数a<1时，燃烧区处于贫氧燃烧状态，抑制NOX生成有明显效果。分解炉内空气分级燃烧一般是将三次风分为两部分送入分解炉，主三次风占总三次风量的70-90%，燃尽风则占10-30%。炉内煤的燃烧分为三个区域，即热解区、贫氧区、富氧区。在贫氧区，煤在缺氧条件下燃烧，燃烧速度和燃烧温度降低，抑制了燃料型NOX的生成。同时，燃烧生成的CO和NOX进行还原反应，以及燃料中氮分解出的中间产物如NH、CN、HCN、NHX等相互作用，或与NOX还原分解，抑制NOX生成。在富氧区，保证煤燃烧充分。空气分级燃烧技术使用好的关键是：控制好贫氧区温度和主三次风量，不使煤不完全燃烧损失过分增大，避免因还原性气氛导致的结皮和结渣影响系统正常运行，要充分考虑炉容或者煤在炉内燃烧时间够不够。
燃料分级技术是把燃烧分成两股或多股，创造三个燃烧区域：富氧区域、缺氧区域、燃尽区域。在富氧区域，供入分解炉用煤的70-90%，此处空气过剩系数a约1.2，NOX生成。在缺氧区供入10-30%的分解炉用煤量，此处空气过剩系数a约0.8-0.9，形成很强的还原气氛，将富氧区形成的NOX还原成N2。燃尽区再供入部分三次风，在正常过剩空气系数a约1.1条件下，使产生的CO和飞灰中的碳燃烧完全。
水泥窑的燃料分级燃烧技术还有，在窑尾烟室和分解炉之间建立还原燃烧区域，将炉用煤分一部分供入此区域，在缺氧燃烧条件下产生CO、H2、HCN和固定碳等还原剂，与窑内来的烟气中的NOX发生反应，将NOX还原成N2。同时，煤粉在缺氧条件下，也相应地抑制了其自身燃料型NOX的产生。