本实用新型涉及一种油水分离系统。包括油水分离器、燃烧炉和烟尘处理系统；油水分离器包括罐体，罐体的内部设进烟连通腔、加热腔以及出烟连通腔；罐体上设有与燃烧炉相连接的进烟通道，加热腔内还设有加热管；罐体上还设有出烟通道，罐体上还设有与加热腔相连通的进料通道、与加热腔相连通的排气通道、用于排出加热腔内部渣油的排渣通道和用于排出加热腔内部废水的排水通道，在输气管道上沿着输气管道的输出方向依次串连有第三冷却器和缓存罐。本实用新型能分离出废油中的大部分水份和杂质，以为后续蒸馏做准备，具有分离效果好、工作效率高，工艺设备结构简单等优点。