二燃室是加裝在回轉窯后段的廢氣二次燃燒系統，能有效祛除回轉窯尾氣中未燃盡有機成分及其它有害氣體，保證后段排空氣體的無污染排放。
二燃室設置助燃燃燒器和獨特的二次供風裝置，以保證煙氣在高溫下同氧氣充分接觸，并有充足的停留燃燒時間，二次供風使煙氣在二燃室內形成熱流旋渦，加強了煙氣的擾動，使二燃室內煙氣與空氣充分混合，大大提高其燃燒效率，促進有機有害氣體的分解，也在一定程度上遏制了CO的生成，進而實現污泥干化處置過程無二次污染產生。
二次燃燒室腔體由耐火材料、保溫材料、絕熱材料組成。爐墻采用高鋁耐火澆注料做襯，中間是隔熱材料，外層是保溫材料，以減少爐體的熱損失，提高焚燒效率，外表用鍋爐鋼板作保護層，防止漏風；
為保證二次燃燒系統的安全性，在二燃室頂部設有防爆裝置。燃燒過程中即使發生爆燃，爐內壓力也能通過防爆門緊急排放煙氣得到釋放，以避免發生安全事故。另外，在二燃室頂部設有緊急排放煙囪，實施定壓排放，當二燃室瞬間氣量增大或系統突然停電等緊急狀況發生時，二燃室頂部防爆門自動打開泄壓，以確保二次燃燒系統安全運行。
