本发明公开了属于烟气污染物处理技术领域的一种臭氧型高温火焰装置协同脱除烟气中多种污染物系统。该新型系统具有协同脱除烟气中多种污染物的功能，主要目的是利用臭氧型高温火焰中臭氧的强氧化性及燃烧产生的高温火焰协同脱除污染烟气中多种污染物。该系统包括制氧装置、臭氧发生器、气体混合器、燃烧器、燃烧装置、污染脱除装置。设计上利用燃烧产生的臭氧型高温火焰在燃烧过程中对污染烟气中多种污染物进行氧化、分解，氧化烟气中SO2、NO、Hg为高价态，分解VOCs和二噁英，最后通过碱性吸收剂吸收SO3/NOx，彻底脱除烟气中多种污染物。