本实用新型公开了一种在线再生的烧结烟气CO脱除系统。其包括CO反应器，CO反应器内设有分区域导流装置和CO催化剂层，CO催化剂层设于分区域导流装置的上方，分区域导流装置包括多个独立的导流通道，每个导流通道分别设有再生燃烧器并连通燃气管道，CO反应器的下方设有升温燃烧器并连通燃气管道，CO反应器的顶端烟道连接助燃风管道，助燃风管道上接引一路管道至助燃风机，助燃风机出口设多管道分别连通多个再生燃烧器和升温燃烧器。本申请利用燃烧器分区加热部分烟气使其达到CO催化剂再生温度，在实现了低能耗CO催化剂在线再生的同时对整体烟气温度的影响较小，具有较好的经济性。