本发明涉及一种用于负荷响应的火电机组回热蓄热系统及运行方法。对于火电机组，挖掘调峰潜力、提升负荷响应率将有效增加其市场竞争力。本发明中锅炉、汽轮机高中压缸、汽轮机低压缸、凝汽器、凝结水泵、低压回热加热器、除氧器、给水泵和高压回热加热器依次连接，热水蓄热装置的低温水端口分别与凝结水泵的给水出口及汽水换热器的热水进口连接，热水蓄热装置的高温水出口分别与除氧器的给水进口及汽水换热器的热水出口连接，汽水换热器的蒸汽进口与汽轮机高中压缸的排汽口连接。本发明避免了高品质电能的做功能力损失，利用汽轮机高中压缸做功后的中低温蒸汽来蓄放热，改变汽轮机低压缸出力来实现机组负荷响应，实现了高参数蒸汽的梯级利用。