Широкое распространение в практике получает двух, трехступенчатое сжигание топлива. Двухступенчатое сжигание заключается в сжигании всего топлива при близком (или меньшем) к стехиометрическому количеству первичного воздуха (в первой ступени) и подводе недостающего вторичного воздуха во вторую ступень для полного догорания топлива.В начальных стадиях горения образуются HCN и NH3, которые затем быстро превращаются в NOx. Окислы азота в восстановительной среде в процессе реагирования с продуктами сгорания вновь дают HCN и NH3. Одновременно протекают реакции взаимодействия HCN, NH3 и NO с сажистыми частицами, а также реакции восстановления окислов азота продуктами неполного сгорания топлива (радикалами, окисью углерода и т.д.), что приводит к уменьшению концентрации окислов азота в дымовых газах.

Такой эффект имеет место не только за счет уменьшения концентрации избыточного кислорода в начальном участке факела, но и в результате уменьшения температуры факела ввиду сокращения интенсивности сгорания топлива.

Как правило, через основные горелки подается 50-85% воздуха от стехиометрического, остальная часть воздуха подается через сопла или специальные устройства, которые могут располагаться над горелками или устанавливаться встречно им.
Двухступенчатое сжигание можно осуществлять при увеличенной подаче доли топлива через нижние горелки и постоянном подводе воздуха во все остальные горелки. На котле паропроизводительностью 90 т/ч при а = 1,15 снижение образования NOx составляет 25% при ступенчатом сжигании мазута, при меньших избытках воздуха снижение содержания NOx сопровождается увеличением недожога. Было установлено, что подача 50% воздуха в зону факела на расстоянии 0,7 длины неохлаждаемой топки приводит при сжигании мазута с общим коэффициентом избытка воздуха 1,1 к снижению содержания окислов азота в 4 раза.

Широкое распространение многоступенчатое сжигание топлива получило в многоканальных горелках, где к корню топливного факела подается лишь часть воздуха (при центральном подводе природного газа или мазута в различных стадиях процесса горения активно участвует лишь воздух, подаваемый по центральному каналу, а при периферийной подаче газа С воздух, подаваемый по периферийному каналу). Остальная часть воздуха также участвует в процессе горения, но не на начальном участке факела. Многоступенчатость процесса горения используется в многоканальных горелках увеличенной тепловой мощности, которая достигает 4 кг/с.

Разработаны горелки двухступенчатого сжигания газа, с его расходом 250-1500 м3/ч, с тангенциальным и осевым подводом воздуха и периферийной подачей газа. В таких горелках создается обогащенная топливом смесь, которая далее перемешивается с прямоточным воздухом и догорает в нем, снижая образование окислов азота на 30-50%. Почти такое же снижение содержания NOx достигается и при сжигании мазута в таких горелках с расходом мазута до 5000 кг/ч.

Разработана схема двухступенчатого сжигания топлива в двух отдельных топках, в первой из которых коэффициент избытка воздуха равен двум. Продукты сгорания из первой топки подаются в качестве вторичного «воздуха» в горелки второй топки, объем которой в 2 раза больше, чем второй. Благодаря такой схеме сжигания в обеих топках температура горения не превышает 1415 С, что создает неблагоприятные условия для образования NOx.

Предложено трехступенчатое сжигание жидкого топлива. На первой ступени обогащенная смесь сжигается с недостатком воздуха, на второй создается зона рециркуляции для стабилизации факела, на третьей - полное дожигание. Распределение расходов воздуха по ступеням (15-30):(5-35):(65-50) приводит к минимальному образованию окислов азота.

Разработан способ многоступенчатого сжигания топлива. Часть топлива перед топкой смешивается с частью горячего воздуха и рециркулирующими газами, после чего поступает в нижнюю часть топки, где в составе продуктов сгорания содержится большое количество окиси углерода, но отсутствуют окислы азота. Другая часть топлива поступает в область топки с температурой 1000-1500 С, где расположен твердый катализатор и куда подается остальной горячий воздух в количестве, обеспечивающем в целом стехиометрическое сжигание. Окончательное дожигание продуктов сгорания происходит в верхней части топки с температурой 1500 С.