催化燃燒是用催化劑使廢氣中可燃物質在較低溫度下氧化分解的凈化方法。所以，催化燃燒又稱為催化化學轉化。由于催化劑加速了氧化分解的歷程，大多數碳氫化合物在300~450℃的溫度時，通過催化劑就可以氧化。
與熱力燃燒法相比，催化燃燒所需的輔助燃料少，能量消耗低，設備設施的體積小。
在化學反應過程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速有毒有害氣體氧化的方法，叫做催化燃燒法。由于催化劑的載體是由多孔材料制作的，具有較大的比表面積和合適的孔徑，當加熱到300~450℃的有機氣體通過催化層時，氧和有機氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機氣體接觸碰撞的機會，提高了活性，使有機氣體與氧產生劇烈的化學反應而生成CO2和H2O，同時產生熱量，從而使得有機氣體變成無害氣體。
催化燃燒裝置主要由熱交換器、燃燒室、催化反應器、熱回收系統和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成。其凈化原理是：未凈化氣體在進入燃燒室以前，先經過熱交換器被預熱后送至燃燒室，在燃燒室內達到所要求的反應溫度，氧化反應在催化反應器中進行，凈化后煙氣經熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。
1、氣流和溫度均勻分布。要使通過催化劑表面的氣流和溫度分布均勻，并保證火焰不直接接觸催化劑表面，燃燒室 具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結構的外殼內襯耐火材料，或用雙層夾墻結構。
2、便于清洗和 換。催化劑反應器一般應設計成裝卸方便的模屜結構，便于清洗和換催化劑載體。
3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用氣作輔助燃料，也可用燃料油、電加熱等作輔助燃料。助燃一般用凈化后的氣體，如果凈化后的氣體不能作為助燃，則應引入空氣助燃。
4、較高的轉化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應，所以，無論反應進行到什么階段，都應在盡可能高的溫度下進行，以獲得較高的轉化速度。但操作溫度往往受某些條件的限制，如催化劑的耐熱溫度、高溫材料的獲得，熱能的供應，以及是否伴有副反應等。因而實際生產中應根據實際情況恰當地選擇。
催化燃燒設備的大致工藝流程
1、預熱式：預熱式是催化燃燒的 基本流程形式。有機廢氣溫度在100℃以下，濃度也較低，熱量不能自給，因此在進入反應器前需要在預熱室加熱升溫，燃燒凈化后氣體在熱交換器內與未處理廢氣進行熱交換，以回收部分熱量。該工藝通常采用煤氣或電加熱升溫至催化反應所需的起燃溫度。
2、自身熱平衡式：當有機廢氣排出時溫度較高（在300℃左右），高于起燃溫度，且有機物含量較高，熱交換器回收部分凈化氣體所產生的熱量，在正常操作下能夠維持熱平衡，無需補充熱量，通常只需要在催化燃燒反應器中設置電加熱器供起燃時使用。
3、吸附-催化燃燒：當有機廢氣的流量大、濃度低、溫度低，采用催化燃燒需耗大量燃料時，可先采用吸附手段將有機廢氣吸附于吸附劑上進行濃縮，然后通過熱空氣吹掃，使有機廢氣脫附出來成為濃縮了的高濃度有機廢氣（可濃縮10倍以上），再進行催化燃燒。此時，不需要補充熱源，就可維持正常運行。
4、對于有機廢氣催化燃燒工藝的選擇主要取決于：燃燒過程的放熱量，即廢氣中可燃物的種類和濃度；起燃溫度，即有機組分的性質及催化劑活性；熱回收率等。當回收熱量超過預熱所需熱量時，可實現自身熱平衡運轉，無需外界補充熱源，這是 經濟的。
直接燃燒法是投加輔助燃料與廢氣一起送入焚燒爐燃燒，直接焚燒工藝成熟，控制的溫度條件下污染物去除效率高，焚燒，但在使用過程中一般會有一下問題：
1、若焚燒含氯、溴代有機物和芳烴類物質時極易產生二惡英類強致癌物質，尤其在焚燒爐啟動和關閉過程中易產生，為避免二惡英類物質產生，須提高燃燒溫度在1200℃以上，若保持如此高的燃燒溫度不僅運轉費用高，而且對焚燒爐的要求也大大提高。
2、焚燒含氯代有機物時會產生氯化氫腐蝕問題，尤其是在高溫狀態下，氯化氫的腐蝕性能大大增強，不僅對管道存在腐蝕，嚴重的是會引起焚燒爐的腐蝕。
3、焚燒時存在爆炸的潛在危險，尤其是易揮發性可燃氣體，若達到其爆炸遇明火則有可能引起爆炸。
另外，若廢氣中含有鹵素、氮元素和硫元素的情況下，采用燃燒法極易產生二次污染物質二惡英、氮氧化合物和硫氧化合物。
