水泥回转窑第二燃烧系统指所有在窑尾包括分解炉内的第二把火，这里燃烧温度低，ＮＯ的产生主要来自于燃料中的氮含量。然而这里的反应与条件关系密切，若于1000~1200℃的气体温度区，在过剩空气系数小于或等于０.９的缺氧条件下加入燃料，不仅能减少由燃料氮形成的ＮＯ量，还能将由窑头产生的热ＮＯ部分还原为Ｎ２。若有碳氢原子团存在则更能促进这个还原反应，例如使用气体燃料、废橡胶或高挥发分的煤如褐煤等。另外，这里的燃料与烟气的混合不是完全均匀的，存在局部还原气氛，有利于ＮＯ的还原反应。回转窑若有较多的内循环物如碱的氯化物，能对燃料燃烧起抑制作用，也会促进ＮＯ的分解。目前在第二燃烧系中比较有效的也是用得比较多的措施是在分解炉上将燃料燃烧过程分２级或多级进行控制，燃料从第１级加入，第１级为还原气氛，用于将ＮＯ还原为Ｎ２，在第１级缺氧条件下产生的燃烧气体含有ＣＯ和有机物等未完全燃烧组分，水泥回转窑在第２级加入三次风的富氧条件下完全氧化为ＣＯ２和Ｈ２Ｏ，用这种方法可将ＮＯx排放量降低达５０％。