本发明涉及一种自热循环多罐相套式厌氧发酵装置，其包括从里到外依次套接的入料罐、预热罐、发酵罐和出料罐，物料从入料罐顶部的进料机构进入，并通过入料罐底部的入料罐出口进入预热罐，预热罐上壁一侧设有预热罐出口，发酵罐内设有为预热罐提供热量的加热器，发酵罐上壁设有与预热罐出口方向相反的发酵罐出口，出料罐上壁远离发酵罐出口的一侧设有出料罐出口，发酵罐和出料罐顶部的沼气溢出口均通过沼气管道连通沼气预存罐，沼气预存罐上设有连接燃烧加热机构一端的沼气输送口，燃烧加热机构另一端连接于加热器。本发明采用整体化设计，结构紧凑，便于设备运输，整体装置封闭效果好，且可以实现自热循环，提高发酵率。