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本发明公开了一种循环流化床富氧燃烧装置,包括风室、设置在风室上方的布风装置和设置在布风装置上方的炉膛,在所述炉膛上部连接有高温旋风分离器,在所述高温旋风分离器上部连接有受热面,在所述受热面下部连接有省煤器;同时公开了一种循环流化床富氧燃烧装置的运行方法。本发明能够改善现有技术存在的不足,采用中温烟气作为一次风和二次风,分别进入炉膛作为再循环风,并对一次风和二次风进行分别注氧,实现注氧量的调节,同时为炉膛燃烧提供氧化剂,能够使循环流化床锅炉排出的CO2浓度富集到80%以上,利于煤燃烧后烟气中CO2的捕集。