一种秸秆分级炭化装置，包括烘干单元、低温热解单元、高温热解单元、生物炭降温存储单元、热能产生及分配单元；其中低温热解单元对农作物秸秆进行低温半氧炭化，高温热解单元对农作物秸秆进行高温无氧炭化，因此产出的木醋液、生物质油杂质含量低；高温热解单元可通过设置不同的炭化温度，产出不同种类生物炭，因此农作物秸秆炭化具有较高的经济效益；本装置针对农作物秸秆的高灰分、低水分、炭化过程中低温炭化炉及高温炭化炉均产出可燃气体的特点设计，因此特别适用于各类农作物秸秆、果树修剪枝、干果果壳、棉壳、椰子壳、麻杆等的炭化处理。