本申请公开了一种空气压缩预冷系统，包括空压机组、空气冷却塔、水冷塔和循环水塔，空气冷却塔设置有塔底入口、塔腰入口及塔顶入口，空压机组连通至塔底入口，水冷塔连通至塔顶入口，循环水塔连通至塔腰入口；空气冷却塔还设置有塔底出口及塔顶出口，塔底出口连通至循环水塔，塔顶出口用以流出所述预冷气。本申请的压缩空气经由空气冷却塔下部的塔底入口进入，经两次能量交换作用，即来自循环水塔的循环水及来自水冷塔的冷水的两次冷却作用，使得经由塔顶出口流出的预冷气进一步降低，节约了后续工序的能量，提高了整个空分系统的经济性能。