本实用新型提供了一种逆流式回转窑的富氧燃烧系统，包括过滤器、风机、富氧发生器和切换装置，所述过滤器、风机、富氧发生器依次通过管道连通，所述切换装置为双风筒切换装置，所述富氧发生器通过管道与双风筒切换装置的其中一个进风口连接，所述双风筒切换装置的出风口通过管道伸入到回转窑尾部中；所述双风筒切换装置的另一个进风口通过管道与外界空气连通。该系统能够使逆流式回转窑窑内燃烧以及燃尽段的氧浓度增高，从而提高燃烧物料的燃烧速度和燃烧效率，因此避免了在处理孔隙率低、燃烧速度慢等物料时可能出现的灰渣热灼减率达不到环保要求的问题。