本发明公开了一种水泥窑深度余热回收协同垃圾焚烧系统，属于水泥生产余热回收及垃圾焚烧技术领域，包括窑头余热回收系统、回转窑余热回收系统、旁路放风系统和垃圾焚烧系统，窑头余热回收系统包括篦冷机、第一除尘装置、余热锅炉、第二除尘装置、引风装置及连接管道，回转窑余热回收系统包括送风装置、空气加热装置及连接管道，旁路放风系统包括第三除尘装置及连接管道，垃圾焚烧系统包括焚烧炉、一次风管道及一次风空气预热器、二次风管道及二次风空气预热器。本发明有效减少垃圾焚烧发电以及水泥工业中存在的能源浪费，一举两得地有效提高垃圾焚烧发电的总体发电效率的同时提高水泥生产运行效率、降低运行能耗。