本发明公开一种基于能量梯级利用的蒸汽空气预热器系统，包括3个蒸汽加热级，6个疏水加热级；所述的3个蒸汽加热级，沿空气进口方向分别为低压蒸汽加热级、中压蒸汽加热级、高压蒸汽加热级；所述的6个疏水加热级，包括3个疏水低温加热级、2个疏水中温加热级、1个疏水高温加热级。本发明根据不同的热源品质采用9个加热级对空气进行加热，实现能量的梯级利用，提高能量的利用效率；各级蒸汽的热能经过梯级利用后，减少了疏水对除氧器的热负荷冲击，有效防止了除氧器的自沸腾，降低了锅炉运行风险；冷空气采用多级、低温升加热，有效缓解了负荷波动对风温的影响，保证了焚烧系统的稳定运行。