本发明涉及一种后预混冷焰燃烧耦合矩阵管模式壁结构超低氮燃烧设备，包括燃气调控装置、风量调控装置、风气混合装置、冷焰燃烧装置、矩阵管与模式壁装置以及综合控制器；燃气调控装置为风气混合装置提供燃气，风量调控装置为风气混合装置提供助燃风，风气混合装置将燃气调控装置提供可燃气体与风量调控装置所供助燃风进行射流混合，经风气混合装置混合均匀后混合注入冷焰燃烧装置，混合气依次经冷焰燃烧装置中的双层整流板、六边形热管式降温阻火列管以及火焰降温列管后进入燃烧室中燃烧，燃烧后高温烟气在燃烧室内进行辐射与对流换热后经矩阵管与模式壁结构内介质换热后排入烟道。