本实用新型涉及一种阶梯燃烧烟气循环系统，包括热风炉、离线分解炉、气固换热装置、循环风机、制氧装置、生料喂料装置、煤粉输送装置和烟气外排装置，热风炉、离线分解炉、气固换热装置和循环风机沿气路依次相连，离线分解炉的底部进风口上方形成有锥部；还包括第一出风管和第二出风管，第一出风管的一端与热风炉的进风口相连，第二出风管的一端与烟气外排装置的进风口相连，第一出风管和第二出风管的另一端均并联在循环风机的出风口上；本实用新型不需要通过对整个水泥窑系统进行较大改动就能实现烟气中二氧化碳富集工艺，并将制备的氧气与循环烟气汇合并先加热，再通入到离线分解炉中，从而更好地适应离线分解炉的燃料燃烧与碳酸盐分解。