本發明涉及二氧化碳捕集技術領域，是一種用于煙氣中二氧化碳捕集的雙級轉輪吸附裝置及方法，前者包括噴淋塔、制冷機組、除濕轉輪、碳捕集轉輪，還包括多級壓縮機、制冷液化裝置、CO2儲罐和煙氣風機，后者的實施過程包括：煙氣由煙氣風機引入，先通過噴淋塔和冷卻器降溫除濕，再通過除濕轉輪進行煙氣除濕、碳捕集轉輪進行碳捕集，最后通過壓縮機和制冷液化裝置將高純度CO2液體輸送至CO2儲罐中。本發明具有脫附能耗低、氣體流通壓阻低、工藝連續化、熱量回收率高的特點