本发明公开了一种实现在线测试水冷壁高温腐蚀的系统，包括水冷壁壁厚监测系统、烟气取样及预处理系统、烟气分析系统及数据处理系统，水冷壁壁厚监测系统可利用超声波脉冲在介质中的传播特性精确测量水冷壁厚度；烟气采样及预处理系统使各测点烟气经过除尘脱水处理后进入混气管道，然后通往后续烟气分析系统；烟气分析系统可测量所抽入烟气中的O2、CO、SO2、H2S等气氛浓度；数据处理系统可结合壁厚变化及烟气成分分析数据计算并预测水冷壁高温腐蚀程度和变化趋势。本系统结构合理，运行稳定，可以准确及时地监测水冷壁高温腐蚀的情况及趋势，保障锅炉受热面的安全，应用成本低，具有可推广性。