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催化燃燒廢氣處理設備的運作原理是典型的氣-固相催化反應，活性氧參與的深度氧化作用是其實質。在催化燃燒過程中，催化劑的作用是降低活化能，同時催化劑表面具有吸附作用，使反應物分子富集于表面提高了反應速率，加快了反應的進行。

有機廢氣催化燃燒設備借助催化劑可使有機廢氣在較低的起燃溫度條件下，發生無焰燃燒，并氧化分解為CO2和H2O，同時放出大量熱能，從而達到去除廢氣中的有害物的方法。在將廢氣進行催化燃燒的過程中，廢氣經管道由風機送入熱交換器，將廢氣加熱到催化燃燒所需要的起燃溫度，再通過催化劑床層使之燃燒，在設備運作過程中由于催化劑的存在，催化燃燒廢設備的起燃溫度約為250-300℃，大大低于直接燃燒法的燃燒溫度650-800℃，因此能耗遠比直接燃燒法為低。

通常情況下，蓄熱催化燃燒系統由三個蓄熱室構成，廢氣在PLC程序的控制下，循環執行以下的操作流程：進入已蓄熱的蓄熱室，使廢氣得到預熱，然后進入燃燒室，處理的廢氣經蓄熱室放熱后排放，一部分處理后的氣體被引回到第三室，吹掃其中殘留的未處理廢氣。