分級燃燒技術是將煤、燃燒空氣及生料分別引入，以盡量減少NOX生成和盡可能將NOX還原成N2的技術。
空氣分級燃燒技術是將燃燒所需的空氣分級送入爐內，使燃燒在爐內分級分段燃燒。燃燒區域的氧濃度對各種類型的NOX生成都有很大影響。當過剩空氣系數a<1時，燃燒區處于貧氧燃燒狀態，抑制NOX生成有明顯效果。分解爐內空氣分級燃燒一般是將三次風分為兩部分送入分解爐，主三次風占總三次風量的70-90%，燃盡風則占10-30%。爐內煤的燃燒分為三個區域，即熱解區、貧氧區、富氧區。在貧氧區，煤在缺氧條件下燃燒，燃燒速度和燃燒溫度降低，抑制了燃料型NOX的生成。同時，燃燒生成的CO和NOX進行還原反應，以及燃料中氮分解出的中間產物如NH、CN、HCN、NHX等相互作用，或與NOX還原分解，抑制NOX生成。在富氧區，保證煤燃燒充分。空氣分級燃燒技術使用好的關鍵是：控制好貧氧區溫度和主三次風量，不使煤不完全燃燒損失過分增大，避免因還原性氣氛導致的結皮和結渣影響系統正常運行，要充分考慮爐容或者煤在爐內燃燒時間夠不夠。
燃料分級技術是把燃燒分成兩股或多股，創造三個燃燒區域：富氧區域、缺氧區域、燃盡區域。在富氧區域，供入分解爐用煤的70-90%，此處空氣過剩系數a約1.2，NOX生成。在缺氧區供入10-30%的分解爐用煤量，此處空氣過剩系數a約0.8-0.9，形成很強的還原氣氛，將富氧區形成的NOX還原成N2。燃盡區再供入部分三次風，在正常過剩空氣系數a約1.1條件下，使產生的CO和飛灰中的碳燃燒完全。
水泥窯的燃料分級燃燒技術還有，在窯尾煙室和分解爐之間建立還原燃燒區域，將爐用煤分一部分供入此區域，在缺氧燃燒條件下產生CO、H2、HCN和固定碳等還原劑，與窯內來的煙氣中的NOX發生反應，將NOX還原成N2。同時，煤粉在缺氧條件下，也相應地抑制了其自身燃料型NOX的產生。