本发明公开了一种工业废水余热的梯级回收系统,包括换热器、蒸发器、第一压缩机,中低温废水进入蒸发器中换热,蒸发器中的工质水产生低温蒸汽,经第一压缩机压缩后通过第一阀门进入换热器中,冷凝得到的水进入储液器,换热器中有第一换热管,第一换热管的进口通过高温水泵与第二阀门连接,第一换热管的出口设有热水排水阀,高温水泵将不低于65℃的工业废水通入换热管内,吸收热量形成高温水,通过热水排水阀排出,或进入第二换热管后产生蒸汽进入第二压缩机。本发明能实现工业废水余热有效回收,且能提供可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽和原先由蒸汽与补给水混合得到的高于90℃的高温热水,进而降低工业生产过程的能耗,提高其能源利用率。