一種火電廠中低溫煙氣熱能梯級利用系統及方法,該系統在火電廠鍋爐尾部煙道耦合布置布雷頓循環,且火電廠鍋爐尾部煙道采用分隔煙道即兩路煙道,一路煙道連通空氣預熱器煙氣入口,另一路煙道連通布雷頓循環加熱器煙氣入口,所述布雷頓循環加熱器工質出口連通透平入口,透平出口連通布雷頓循環冷卻器工質入口,布雷頓循環冷卻器工質出口通過壓氣機連通布雷頓循環加熱器工質入口;布雷頓循環冷卻器熱空氣出口連通空氣預熱器空氣入口,空氣預熱器空氣出口連接鍋爐燃燒器;本發明還公開了煙氣熱能梯級利用方法;能夠優化火電廠中低溫煙氣的換熱流程,降低空氣預熱器不可逆損失,從而提高整個火力發電廠效率,同時提高了進入空氣預熱器空氣溫度對空氣預熱器的安全運行有利。