一种能提升热能利用率的氧化钼焙烧系统，主要用于焙烧二氧化钼、三氧化钼和钼氨渣等，包括一次焙烧回转窑和二次焙烧回转窑，一次焙烧回转窑包括第一筒体以及分别位于第一筒体两端的第一窑头箱和第一窑尾箱，二次焙烧回转窑包括第二筒体以及分别位于第二筒体两端的第二窑头箱和第二窑尾箱，一次焙烧回转窑和二次焙烧回转窑之间设有能够将第一筒体中焙烧后的物料转运至第二筒体的输送装置，第一窑头箱的内腔和第二窑尾箱的内腔相互连通，以便于二次焙烧回转窑的焙烧余热所产生的热空气流动至一次焙烧回转窑中，从而提升热能利用率，并减轻了一次焙烧回转窑的供热压力，缓解供热负担，使整个氧化钼焙烧系统的热能供应和热能利用都更为合理。