空气分级燃烧法是目前使用最为普遍的低大氮氧化物燃烧技术之一，最先是美国在20世纪50年代发展起来的。空气分级燃烧法是将燃烧用的空气分两级送入。在第一级燃烧区，从主燃烧器供入炉膛总燃烧空气量的70%~75%(相当于理论空气量的80%左右),使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。在第一级燃烧区内过量空气系数小于1,从而降低了第一级燃烧区的燃烧速度和温度水平。由于是缺氧的富燃料燃烧，不但延迟了燃烧过程，而且使燃料在还原性气氛中燃烧，燃烧生成CO,燃料中的氮将分解生成HN、HCH、C、NH₃和NH₂等，它们相互复合或将已有NOx还原分解，因而抑制了燃料NOx的生成。同时由于降低了火焰的峰值温度，从而也降低了热力NOx的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则在第二级燃烧区送入，使燃料进入空气过剩区域燃尽。虽然这时空气量多，但由于火焰温度较低，所以在第二级燃烧区内也不利于NOx的生成。由于整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内，使整个燃烧过程分为两级进行，故称之为空气分级燃烧法。