本实用新型属于热解脱附技术领域，特别涉及一种土壤直接热脱附处理设备。该土壤直接热脱附处理设备包括热脱附供热炉、直接热脱附炉、二燃炉、尾气处理装置，热脱附供热炉产生的第一热烟气为直接热脱附炉供热，直接热脱附炉产生热解脱附气，二燃炉产生的第二热烟气与助燃空气换热后导入尾气处理装置，直接热脱附炉与所述二燃炉之间设置有深度除尘设备，深度除尘设备包括多管除尘器和袋式除尘器，二燃炉产生的第二热烟气还通过换热器对热解脱附气进行预热，第二热烟气的尾气处理装置由冷却塔和活性炭箱组成。本实用新型使二燃炉出来的第二热烟气的热量得到了更充分的利用，不仅降低了传输管道堵塞的概率，还减少了后续冷却水的用量。