燃料分级燃烧技术又称为三级燃烧技术或再燃烧技术，空气和燃料都分级送入炉膛，形成初始燃烧区、再燃区和燃尽区。其原理是利用燃烧中已生成的NO 遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C 和CnHm时，会发生NOx的还原反应，进而降低NOx的排放。将80%～85%的燃料送入第一级燃烧区，在α>1 条件下，燃烧并生成NOx；其余15%～20%的燃料送入二级燃烧区，在α<1 的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮气，二级燃烧区又称再燃区， 在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成；由于可能存在未燃烬的燃料，需在第三级燃烧区送入空气，保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。美国John Zink 公司利用燃料分级燃烧原理开发了适用于管式加热炉的远距离分级式炉子燃烧器结构及方法的专利技术，与未采用该技术的加热炉相比，可减少28%左右的NOx排放。