本发明公开了一种高效减排氮氧化物的垃圾焚烧系统及方法，该系统包括：焚烧炉，内置垃圾焚烧区和二次燃烧区，二级燃烧区内通入废弃塑料和CH4，CH4沿垂直于烟气流向通入二次燃烧区内；换热装置；酸性物质及灰分脱除装置；催化反应床；低温换热器；焚烧炉、换热装置、酸性物质及灰分脱除装置、催化反应床和低温换热器由左至右或沿烟气流向依次连通，低温换热器分别与垃圾焚烧区、二次燃烧区和催化反应床连通，分别用于向垃圾焚烧区、二次燃烧区和催化反应床输送换热后的空气。本发明通过采用废弃塑料作为再燃燃料及通入CH4对冲燃烧的方式，降低烟气中NOx的生成，并通过催化燃烧将烟气中的未燃尽物除去，高效减排氮氧化物效果显著。