本發明公開了一種工業廢水余熱的梯級回收系統,包括換熱器、蒸發器、第一壓縮機,中低溫廢水進入蒸發器中換熱,蒸發器中的工質水產生低溫蒸汽,經第一壓縮機壓縮后通過第一閥門進入換熱器中,冷凝得到的水進入儲液器,換熱器中有第一換熱管,第一換熱管的進口通過高溫水泵與第二閥門連接,第一換熱管的出口設有熱水排水閥,高溫水泵將不低于65℃的工業廢水通入換熱管內,吸收熱量形成高溫水,通過熱水排水閥排出,或進入第二換熱管后產生蒸汽進入第二壓縮機。本發明能實現工業廢水余熱有效回收,且能提供可替代鍋爐蒸汽的熱源蒸汽和原先由蒸汽與補給水混合得到的高于90℃的高溫熱水,進而降低工業生產過程的能耗,提高其能源利用率。