本发明涉及一种回转窑燃烧器富氧燃烧的供氧装置，其由上游至下游依次包括对空气进行过滤的空气处理单元、利用过滤后的空气制取纯度较高的氧气的真空变压吸附制氧单元、氧气缓冲罐、加热纯度较高的氧气的换热单元和将纯度较高的氧气与空气混合成具有合适含氧量的富氧气体的混合单元。将空气经过空气处理单元进行过滤获得洁净空气后进入真空变压吸附制氧单元获得纯度较高的氧气，纯度较高的氧气经过氧气缓冲罐后进入换热单元与篦冷机的废热气换热成为高温氧气，高温氧气在混合单元中与空气混合为富氧气体后通入燃烧器供氧。本发明采用真空变压吸附技术，同时充分利用篦冷机的多余热量将富氧气体加热，提高了燃烧效率，降低燃烧成本。