本发明公开了一种利用烟气余热水解污泥后焚烧并富集二氧化碳系统及方法，烟气经第一换热器后由750℃‑850℃降温至350℃‑450℃，第一换热器出口烟气一部分经第二换热器后输出温度为50℃‑60℃的低温CO2富气，另一部分输送至污泥喷射式反应器；一次水解设备中污泥浆被加热至100℃发生一次水解后，输送至污泥喷射式反应器，进行二次水解，污泥喷射式反应器将污泥浆与烟气混合后喷射入回转窑焚烧炉中。本发明中烟气的循环利用使循环烟气中CO2富集到浓度70％，并使得NOX的排放浓度降低至40mg/m3以下。本发明实现了污泥焚烧余热的高效利用，对污泥进行了无害化减量化处理，大大降低了碳排放。