随着我国经济的发展以及民众环保意识的提高,污水排放量日益增加,其处理率也逐年提高,加之我国一贯的“重水轻泥”, “污泥围城”现象日益严重。相比土地利用、填埋等传统处理工艺,污泥焚烧因其减容效果显著、可回收污泥中能量而受到越来越多的关注,如何高效清洁焚烧污泥已成为当前研究热点。本文以此为目标,就单颗粒污泥燃烧机理及底渣中重金属特性进行了研究。通过搭建实验台,研究了含水率、颗粒粒径、氧浓度以及火焰等因素对污泥燃烧过程的影响,着重研究了不同因素对温度场的影响。结果表明：1)含水率对火焰形态以及颗粒完全燃烧所需时间均会产生影响。低含水率污泥颗粒燃烧过程中火焰明亮,高含水率颗粒燃烧过程中火焰昏暗甚至没有火焰的出现。通过压汞法对三种含水率污泥颗粒燃烧后的底渣进行了分析,结果表明48%含水率污泥颗粒燃尽后底渣具有最大的平均孔径,因而其燃尽速率较快。2)不同粒径污泥颗粒因其比表面积差异而影响干燥、热解、焦炭燃烧等几个反应的宏观进行方式。当污泥颗粒暴露在高温炉膛时,其由外到内的每层均依次经历干燥、热解、焦炭燃烧等几个互不重叠反应,但因燃烧工况、燃料性质等影响而可能在宏观上表现为几个反应的同时进行。3)通过改变氧浓度,研究了富氧燃烧下的温度场分布。结果表明氧浓度主要影响焦炭的燃烧,因而富氧燃烧对提高污泥日处理量具有重要意义；通过改变燃烧氛围,研究了挥发份燃烧,即火焰对温度场的影响,结果表明其影响较小。基于实验结论,选取了热流干燥模型、二次热解模型及焦炭燃烧模型等几个子反应模型,并将其有机结合起来对污泥颗粒燃烧的整体过程进行了研究。结果表明在低温段及加热段模拟结果与实验结果具有较好的吻合效果；高温段因忽略了热电偶导线对传导热量的影响且缺乏相关热物性参数的准确描述,因而产生一定偏差。本文最后研究了不同含水率及不同比例添加剂对污泥燃烧后底渣中重金属特性的影响,结果表明不同含水率及添加剂均会对底渣中重金属浸出浓度及残留含量产生一定影响,但对不同重金属元素其效果不尽相同。