回转窑中可以应用气体、液体和固体（粉状）燃料。在目前应用较为广泛的仍为粉状燃料-煤粉，在某些回转窑也采用重油为燃料。
对回转窑所用煤粉的基本要求是：为保证足够多的燃烧温度，煤粉热值应在87923KJ.kg-1(21000kcal.kg-1)以上，挥发分含量应为20%-30%，灰分小于10%，细度在4900孔筛余量应小于10%，煤粉燃烧方法是将煤粉与空气由煤粉烧嘴喷出，一次空气主要用来输送煤粉以及供给燃料中挥发分燃烧。一次空气量占总空气量的25%-30%。二次空气先经冷却机与熟料换热，提高本身温度后参加燃烧。当采用重油为燃烧时，可采用高压雾化或机械化烧嘴。
燃料空气混合物自烧嘴喷出后，在窑的一段距离内出现燃料空气混合物的短黑火头，黑火头末端着火燃烧，形成火焰。
火焰的温度
回转窑内所要求的燃料燃烧温度即火焰温度。取决于物料所要求的煅烧温度。物料煅烧温度视产品品种而异，如煅烧石灰约1200-1300度，煅烧耐火黏土为1300-1350度，煅烧冶金镁砂、白云石砂为1600-1700度。
对于回转窑内获得的火焰温度的高低，仍可用实际燃烧温度与各因素之间的关系进行分析。火焰温度首先与燃料热值有关。当燃料热值一定时，则与空气配比、空气过剩系效、空气预热温度等因素有关。
在保证燃料完全燃烧的前提下，应尽量减少空气用量，这样有利于火焰温度的提高。为此，应控制空气过剩系数在1.05-1.15之间。也可采用对窑尾废气氧含量进行监督的方法，根据特定燃料的燃烧特性，确定合适的窑尾废气中氧含量的波动范围，用氧量表进行监督。如废气中氧含量过多，说明窑内所空气过剩，废气中氧含量过低，则说明空气供给不足，应及时作出调整。
此外，燃料空气迅速混合，二次空气预热温度提高，都有助于火焰温度提高。
在实践中，可以用火焰的颜色来判断其温度高低。当温度在1100-1300度时，火焰呈黄色；温度在1300-1500度时，火焰呈浅黄色到白色：温度到达1500-1600度，火焰呈耀眼的白色。
火焰长度与火焰形状
火焰长度是指煤粉从开始燃烧到完全烧尽在窑中所走的距离，亦即燃烧烧带的长度。在回转窑中火焰过短或过长都是不合适的。火焰过短，则燃烧集中，局部温度升高，影响该处窑衬使用寿命。火焰过长，则火力不集中，火焰温度低，降低烧成带的容积热力强度（即烧成带内单位时间、单位容积所产生的热量），且窑尾废气温度高，热量损失增多。
火焰长度主要决定于气体在窑内的流速及燃料所需要的时间，由于燃烧所空气由一、二次空气组成，故气流速度与一、二次空气速度都有关系。随一次空气速度增加，火焰伸长，但当一次空气速度增加至一定值以后，由于速度的增加改变了燃料与空气的混合情况，而使燃烧时间缩短，故火焰缩短。例如对于直径较小的回转窑，一次空气速度超过40m.s-1时，火焰反而缩短。而二次空气速度增加，与煤粉及一次空气混合物相对速度减少，火焰变长。
以煤粉为燃料的回转窑，燃料燃烧时间与煤粉细度、挥发分含量增多，在一般情况下分解温度及着火温度均降低，煤粉在离喷嘴较近处燃烧，但挥发物燃烧生成的气态产物包围炭粒表面，对于热量传递与质量交换都起阻碍作用，减慢了炭的燃烧速度，从而使火焰拉长。煤粉一次空气、二次空气混合条件（相对速度、交角等）对火焰长度也有很大的影响。混合条件越好则燃烧速度越快，火焰越短。对于以重油为燃料的回转窑，火焰长度还与重油雾化质量有关。
随着一、二次空气比例，喷出速度，混合条件的变化，同时也随着烧嘴尺寸、位置等条件变化，在回转窑中燃料燃烧所形成的火焰可以有不同的形状。
火焰的位置
当煤粉自烧嘴喷出后，须经干燥、预热至700-800度才着火燃烧。重油自烧嘴喷出后也需要经雾化、预热蒸发等过程才着火燃烧。通常在回转窑中所见到的黑火头长度就是燃料喷出后至着火燃烧前所走过的距离。黑火头过长，火焰位置更要向窑尾方向移动，使回转窑有影响着火位置的因素有喷煤管出口位置、气流速度、一次空气温度、煤种挥发分含量等。
