本发明公开了一种利用余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化设计方法，包括：获得N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案；获得N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的换热器的换热面积；得到天然气加热器的单位换热面积的造价；得到N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的天然气加热器的造价；得到天然气加热器的年投资造价；获得N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率和年收益；得到的N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的机组净收益功率；获得N种不同的余热锅炉双热源梯级加热天然气方案的年总费用，并根据最低年总费用，确定余热锅炉双热源梯级加热天然气的优化方案。本发明既实现了余热锅炉尾部烟气余热的充分利用，又提升机组出力。