本发明提供一种硝酸铀酰溶液的蒸发浓缩系统。所述系统包括预热装置；与所述预热装置连接的降膜蒸发装置；与所述降膜蒸发装置连接的精馏分离装置；与所述精馏分离装置连接的蒸汽压缩装置；其中，所述预热装置对硝酸铀酰溶液进行两级预热处理，预热处理后的硝酸铀酰溶液进入所述降膜蒸发装置进行三级循环降膜蒸发处理后产生的部分硝酸铀酰浓缩液输送至精馏分离装置，所述精馏分离装置产生的二次蒸汽输入至所述蒸汽压缩装置，所述蒸汽压缩装置将增温增压的二次蒸汽输入降膜蒸发装置作为热源用于加热蒸发硝酸铀酰溶液。本发明能够有效节约硝酸铀酰溶液蒸发浓缩所需的一次蒸汽，实现二次蒸汽的高效净化及正常复用，具有耗能低的优点。