本发明公开了一种汽轮发电机组回热系统及其运行方法，所述系统包括高压缸和高压加热器，高压缸上设有排汽口和抽汽压力依次升高的多个高压抽汽口，每个高压抽汽口各通过一个高压抽汽管路与同一个高压加热器连接，每个高压抽汽管路上都设有抽汽逆止门和隔绝门。当汽轮发电机组运行在额定负荷时，使抽汽压力最低的第一高压抽汽口为高压加热器供汽，此时的抽汽压力设为P₀；当汽轮发电机组在低于额定负荷的状态下运行时，选择一个抽汽压力小于或等于P₀且更接近于P₀的高压抽汽口为高压加热器供汽，关闭其它高压抽汽管路上的隔绝门。本发明可保证机组低负荷运行时，脱硝系统能正常运行，提高锅炉给水温度，从而提高机组热力循环效率。