本发明涉及垃圾焚烧飞灰处理技术领域，尤其涉及一种利用水泥窑规模化处置飞灰的系统，包括热脱附装置、废气处理装置和解毒飞灰处理装置，热脱附装置包括水泥回转窑，以及分别设置于水泥回转窑窑头和窑尾的第一燃烧器和烟室，烟室与废气处理装置连通，水泥回转窑与解毒飞灰处理装置连通，烟室与用于储存飞灰的原灰储仓连通。本发明在无害化处置飞灰的同时，对解毒后的飞灰做到资源化利用，整个过程不外排废水和废渣，并且充分利用热脱附过程中的余热，实现了垃圾焚烧飞灰无害化、资源化、低成本的大规模处置，达到固废资源综合利用的效果。