本发明公开了一种双机回热发电系统及其增加出力方法，包括锅炉、第一汽缸、第二汽缸、第三汽缸、大发电机、小汽轮机、给泵、小发电机、凝汽器、凝泵、第一加热器、第二加热器、第三加热器、进汽调阀、抽汽调阀、再热器及其之间的连接管道系统；锅炉主蒸汽通过蒸汽管路进入第一汽缸；第一汽缸中蒸汽做功后，其排汽通过再热器加热后，进入第二汽缸；第二汽缸中蒸汽做功后，其排汽通过连接管路进入第三汽缸；第三汽缸中蒸汽做功带动同轴大发电机发电，本发明结构设计合理，采用方式一可以提高大发电机出力1％；采用方式二可提高大发电机出力4％；通过方式三可以提高大发电机出力5％以上，并保证在夏季工况下大发电机能达到额定出力，提高发电能力。