本发明公开了一种碳捕集系统、垃圾焚烧发电系统及碳捕集作业方法，所述碳捕集系统，包括第一换热部件、脱酸单元和碳捕集组件，第一换热部件的热侧进口与垃圾焚烧后的烟气连接，由第一换热部件的冷侧进口供给的介质水与第一换热部件的热侧的烟气进行换热；脱酸单元与第一换热部件的热侧出口连接；脱酸单元与吸收塔连接，经脱酸单元脱酸后的烟气进入吸收塔内以脱除烟气中的二氧化碳；再沸器的热侧进口与第一换热部件的冷侧出口连接，以对由吸收塔进入解吸塔中的第二工作介质进行加热。本发明的碳捕集系统，能够实现对烟气余热的回收利用，降低碳捕集系统中能量的外部供给量，还对烟气进行降温冷却和脱酸处理。