本发明公开了一种焦炉荒煤气余热梯级回收利用装置及方法，属于炼焦过程中余热资源高效回收利用技术领域。具体的包括在焦炉炭化室荒煤气排气口的顶端设置上升管换热器，并设置上升管换热器为夹套结构，在上升管换热器外侧壁设置可利用温差发电技术的半导体发电模块。其中，流入上升管换热器内部的工质与荒煤气换热后形成的汽化工质经收集后进一步利用，而半导体发电模块利用上升管换热器外侧壁温度与外部空气之间温度差进行发电形成的电流可送入外电网。故本发明设计的装置可实现高效利用焦炉荒煤气余热，进一步降低炼焦能耗和碳排放强度。