一种飞灰熔融处理系统，属于飞灰处理技术领域。本实用新型包括飞灰预处理机构、飞灰熔融机构和烟气净化机构，飞灰预处理机构包括飞灰储料仓、助熔剂储料仓、给料机和高温加热箱，飞灰熔融机构包括飞灰熔融炉，飞灰熔融炉的进料端和高温加热箱的输出端相连，烟气净化机构包括第一风机、布袋除尘器、烟气换热器、降膜吸收塔、碱洗塔、以及用于与烟囱相连的第二风机。本实用新型可将飞灰熔融并转化成无毒无害的玻璃体和盐酸，最大程度地实现飞灰的减量化、无害化以及资源化。本实用新型通过设置烟气换热器，可以回收并利用烟气的余热，降低了处理过程中能源的消耗，降低了运行成本。