本发明中一种大幅节能的水泥窑烟气碳捕集方法，是对现有水泥窑生产工艺线路实施低成本碳捕集升级技术的一种方法。采用VPSA制取的80％～93％富氧作为水泥回转窑燃料的助燃剂替代传统的空气，利用一部分回转窑燃料燃烧生成的高浓度CO2烟气循环返回燃烧室以控制炉温，水泥窑排放烟气中的CO2浓度由传统的20％～30％(湿基，以下同)提升至65％～75％(湿基，以下同)，且烟气量减少～60％；采用一段PSA法捕集水泥窑排放烟气中的65％～75％的CO2替代传统的胺法或两段PSA法，综合能耗显著下降，吨液体CO2的碳捕集成本较两段PSA法和MEA法降低30％～40％。水泥窑烟气捕获的廉价CO2用于油田驱油等可产生显著的经济效益。本发明适用于水泥窑、石灰窑排放烟气低成本捕集CO2。