本发明公开了一种垃圾焚烧飞灰脱盐制备水泥生料球的方法及其应用。该方法通过水硬性胶凝材料将垃圾焚烧飞灰固结成团、浸泡脱盐,制备无盐水泥生料球。测定所用原材料的化学组成,在飞灰占比20%～30%、水硬性胶凝材料占比10%～15%的前提下,按照水泥生料配制的三大率值确定钙质原料、铁粉的量。按精确配合比将上述材料在常温下加水和减水剂拌和成干稠的膏体,再将膏体制成球状颗粒,充分固化后用清水浸泡,使盐分充分浸出,即制得飞灰基脱盐水泥生料球。该方法通过将飞灰粉体固化造粒达到水洗脱盐目的,解决了超细粉体常规水洗脱盐的难以固液分离不利于后续开发使用的难题,且生料球可以直接用于烧制水泥熟料,无需再进行生料配制。