本发明涉及一种加氢贫燃预混燃烧装置，包括加热炉膛、对流换热室、蒸汽发生器、天然气重整器、预混烧嘴，以及由小型电动机带动的座动机构。座动机构上设有插入加热炉膛内部的点火头。预混烧嘴设有三个气流入口，分别通过空气管道与设在加热炉膛外部的鼓风机连接，通过天然气管道与天然气源连接，通过重整气管道与天然气重整器的重整气出口连接。蒸汽发生器的入口通过水管与水源相连通，采用自来水或软化水进行补给，蒸汽发生器的出口通过水蒸气管道与天然气重整器的水蒸汽入口相连通。天然气重整器的天然气入口通过天然气管道与天然气源连接。本发明充分利用掺混氢气的优点，即宽可燃极限和高燃烧速度，实现低NOx排放、高燃烧效率的双重目的。