本发明公开了一种污泥干化焚烧集成处理系统及其工艺。污泥焚烧炉采用膜式水冷壁外敷耐火材料，污泥焚烧产生的高温烟气将一部分热量传递给膜式水冷壁产生蒸汽，与排放的烟气一道作为污泥干化的热源；污泥干化单元主要由内部空心的转轴、轴上的可旋转浆片、空心的外壁和空心外壁上的固定浆片组成，采用烟气和蒸汽联合换热，空心转轴设置在污泥焚烧烟气管道上，作为烟气管道的一部分，内通烟气热源，空心外壁内通蒸汽热源；烟气热源将热量传递给污泥后进行处理并达标排放。上述污泥干化焚烧集成处理系统及其工艺将污泥焚烧和干化流程紧密结合，并充分利用污泥干化焚烧过程中各种热载体所带能量，大幅降低系统能耗，具有很好的经济性。