本发明公开了一种离线式分解炉与钙循环耦合的水泥生产碳捕集装置及工艺，属于水泥生产与钙循环碳捕集的交叉技术领域，水泥生产碳捕集装置由离线式分解炉模块、预热器?碳化炉?回转窑模块、辅助与纯化装置组成。碳捕集工艺利用分解炉与碳化炉间“CaO?CaCO3?CaO”循环完成CO2捕集，同时采用离线式分解炉设计，避免熟料烧成与生料预热过程中产生的SO2、氯碱硫等杂质进入分解炉模块。通过局部钙循环与离线式分解炉耦合，实现了空气燃烧情况下烟气CO2自富集，降低后续CO2纯化与再利用难度，显著提升了技术经济性，将有力促进水泥工业碳捕集与再利用的推广。