一种能量梯级利用的高能效污泥干燥系统，包括至少有一层、二层上下两层楼层的干燥间，位于一层的高温段干燥机内的废气经旋风除尘器除尘进入二层的低温段干燥机被冷凝后排出，进入空气换热器换热、进入冷凝器冷却，冷却后送至臭气处理系统处理，冷凝器回收的废冷凝水经废水罐回收处理；利用微负压除臭的抽风抽入干燥间内的空气/臭气做为低温段干燥介质，经空气换热器换热进入位于低温段干燥机，带走湿污泥中的水分，从低温段干燥机排出引至位于二层楼顶的除臭系统处理；污泥出低温段干燥机后经缓冲破碎仓、螺旋输送机推送进入高温段干燥机中；干燥到需求干度后输送至干泥储仓中。本系统提高了干燥效率，降低能耗。