本发明公开了一种废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置及工艺，废弃物协同处置的水泥生产碳捕集装置包括纯氧燃烧分解炉模块、预热器‑碳化炉‑回转窑模块、辅助与纯化模块。碳捕集工艺利用废弃物干燥与热裂解降低回转窑窑尾烟气温度，裂解产物还原烟气中的NOx，在碳化炉适宜温度下CaO与烟气中CO2反应生成CaCO3，然后进入纯氧燃烧分解炉重新释放纯净CO2，低活性CaO进入回转窑参与熟料烧成。通过分解炉模块的分离式设计，避免熟料烧成与生料预热过程中产生的SO2、氯碱硫等杂质进入纯氧燃烧分解炉模块，同时联用废弃物协同处置降低烟气温度，提高CaO固碳的速率与效率，利用废弃物热裂解产物还原回转窑产生的NOx，实现水泥生产过程多污染物协同控制。