本发明公开了一种纯氧燃烧的锅炉系统，所述纯氧燃烧的锅炉系统包括炉膛、第一分离组件、蒸发受热面、过热器、料腿、返料器、布风板、给料装置、第二分离组件、第一省煤器、第二省煤器和烟气压缩纯化组件，炉膛具有进料口、第一进风口和第二进风口，进料口、第一进风口和第二进风口均与炉膛连通，第一分离组件与第一进风口连通，以便第一分离组件分离的氧气作为一次风送入炉膛内，第一分离组件与第二进风口连通，以便第一分离组件分离的氧气作为二次风送入炉膛内，蒸发受热面和过热器均设在炉膛内，蒸发受热面和过热器沿上下方向间隔设置，蒸发受热面和过热器沿邻近炉膛底部设置。本发明的纯氧燃烧的锅炉系统具有燃烧效率高、能耗较低等优点。