本实用新型提供了一种循环冷却水热能梯级回收利用系统，该系统包括热能梯级回收系统和热能梯级利用系统两大部分，系统主要设备有：换热器、热泵机组、循环水泵，分水器、集水器、补水装置，各设备之间通过管道相连接。本实用新型克服循环冷却水利用冷却水塔开放式对流及蒸发冷却之不足，采取封闭式的换热器和热泵机组降温冷却，提高一级供水管网温度，以及采用换热器及热泵机组梯级供热方式，充分发掘循环冷却水中低温热能资源的潜力，提高热能利用率，减少损失和浪费，开发低温能源循环再利用，提高经济效益。