在化學(xué)反應(yīng)過程中，利用催化劑降低燃燒溫度，加速有毒有害氣體完全氧化的方法，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(dāng)加熱到300~450℃的有機(jī)氣體通過催化層時(shí)，氧和有機(jī)氣體被吸附在多孔材料表層的催化劑上，增加了氧和有機(jī)氣體接觸碰撞的機(jī)會，提高了活性，使有機(jī)氣體與氧產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而生成CO₂和H₂O，同時(shí)產(chǎn)生熱量，從而使得有機(jī)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(yīng)器、熱回收系統(tǒng)和凈化煙氣的排放煙囪等部分組成，如右圖所示。其凈化原理是：未凈化氣體在進(jìn)入燃燒室以前，先經(jīng)過熱交換器被預(yù)熱后送至燃燒室，在燃燒室內(nèi)達(dá)到所要求的反應(yīng)溫度，氧化反應(yīng)在催化反應(yīng)器中進(jìn)行，凈化后煙氣經(jīng)熱交換器釋放出部分熱量，再由煙囪排入大氣。

催化燃燒裝置設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面問題：

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，燃燒室必需具有足夠的長度和空間。催化燃燒裝置應(yīng)具有良好的保溫效果。爐體一般用鋼結(jié)構(gòu)的外殼內(nèi)襯耐火材料，或用雙層夾墻結(jié)構(gòu)。

2、便于清洗和更換。催化劑反應(yīng)器一般應(yīng)設(shè)計(jì)成裝卸方便的模屜結(jié)構(gòu)，便于清洗和更換催化劑載體。

3、輔助燃料和助燃。催化燃燒一般采用天然氣作輔助燃料，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(yīng)引入空氣助燃。

4、較高的轉(zhuǎn)化速度。由于催化燃燒為不可逆的放熱反應(yīng)，所以，無論反應(yīng)進(jìn)行到什么階段，都應(yīng)在盡可能高的溫度下進(jìn)行，以獲得較高的轉(zhuǎn)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(yīng)，以及是否伴有副反應(yīng)等。因而實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況恰當(dāng)?shù)剡x擇。

催化劑是一種能改變化學(xué)反應(yīng)速度，而在反應(yīng)前后其本身的化學(xué)性質(zhì)沒有改變的物質(zhì)。催化劑通常是由催化活性材料和催化載體構(gòu)成。催化活性材料一般是金屬或金屬氧化物。其中貴重金屬催化劑主要有鉑、鈀和釕等，普通金屬催化劑主要有銅、鉻、鎳、釩、錳、鐵、鈷等金屬及氧化物。催化載體是多孔材料，主要作用是使活性材料具有大的體表面積。催化載體分為金屬載體、陶瓷載體和炭纖維載體。金屬載體一般是以鎳或鎳鉻合金為載體做成的帶、片、丸、絲等形狀，通過 “電鍍”或 “化學(xué)鍍”（即溶液浸漬）將鉑、鈀鍍在這些載體上，并制成便于裝配、拆卸的模屜。以陶瓷為載體的催化劑，一般是以硅—鋁氧化物為載體，其結(jié)構(gòu)有片粒狀和蜂窩狀兩種。一般在陶瓷結(jié)構(gòu)上涂敷一層僅0.13mm厚的α-氧化鋁薄層，把活性的鉑、鈀等金屬催化劑以晶狀態(tài)沉積或分散在多孔的氧化鋁薄層中，并制成便于裝配、拆卸的模屜。炭纖維載體可制作成線狀、氈狀、網(wǎng)狀等形狀，在載體上涂敷催化活性材料，制成便于裝配、拆卸的模屜。 ^[1] 

催化劑是催化燃燒法的核心，一種好的催化劑必須具備催化活性高、熱穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高、壽命長等特性。

1、活性高。催化劑的活性好壞直接影響催化燃燒的化學(xué)轉(zhuǎn)化率。而轉(zhuǎn)化率不僅與催化活性材料自身的活性有關(guān)，而且與催化載體的物理形狀有著直接關(guān)系。所以，在選擇適應(yīng)的催化活性材料的同時(shí)，還必須考慮催化載體的物理形狀，保證催化劑有較高的活性，達(dá)到催化燃燒凈化的目的。

2、熱穩(wěn)定性好。由于廢氣的溫度隨時(shí)變化，如果催化劑不能適應(yīng)一定范圍內(nèi)的溫度變化，催化劑的性能就會下降，凈化效率就會降低。因此，催化劑必須具備適應(yīng)一定范圍內(nèi)的溫度變化。

3、強(qiáng)度高。在催化燃燒過程中，催化劑往往會因高溫、振動(dòng)和氣流等因素的作用，使催化劑產(chǎn)生破裂和磨損，破裂和磨損會造成催化劑的活性降低，增加催化劑床層的壓降，影響凈化效果。

4、壽命長。催化活性材料大都比較昂貴，所以，設(shè)計(jì)時(shí)選用催化劑時(shí)應(yīng)盡量使用壽命較長的催化劑。

該系統(tǒng)工作過程主要?jiǎng)澐譃槿N狀態(tài)參數(shù)設(shè)定、燃燒運(yùn)行和燃燒停止。

1．參數(shù)設(shè)定狀態(tài)

此狀態(tài)為燃燒工作之前做好數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。可根據(jù)需要分別設(shè)定點(diǎn)火溫度和變頻器起動(dòng)時(shí)的頻率，控制風(fēng)機(jī)的風(fēng)量。點(diǎn)火溫度是為了保證點(diǎn)火過程的可靠性。起動(dòng)頻率保證催化燃燒器在剛點(diǎn)燃時(shí)的有焰燃燒，這時(shí)的燃燒比不易太低，風(fēng)量不能過大。

2．燃燒運(yùn)行狀態(tài)

(1)燃燒起動(dòng)過程

當(dāng)控制系統(tǒng)在待命的狀態(tài)下，接到輸入的起動(dòng)命令，將進(jìn)入燃燒運(yùn)行狀態(tài)，首先是控制系統(tǒng)進(jìn)行自檢，之后進(jìn)行前吹掃，變頻器輸出號控制風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，空氣風(fēng)量由低速漸變?yōu)楦咚僭僦饾u變?yōu)榈退伲迈r空氣風(fēng)吹過燃燒爐盤，以保證爐內(nèi)沒有殘留燃?xì)獾拇嬖冢ＷC點(diǎn)火過程的可靠。具體操作是變頻器先起動(dòng)，PLc模擬輸出號使變頻器頻率從起動(dòng)設(shè)定頻率開始上升，達(dá)到一定頻率后保持一定時(shí)間后再下降，完成起動(dòng)前的吹掃。之后，發(fā)出點(diǎn)火號，高壓點(diǎn)火器工作，同時(shí)打開點(diǎn)火管道的閥門，小火點(diǎn)燃。通過紫外線傳感器的檢測到期小火點(diǎn)燃后，打開主燃?xì)忾y門。這時(shí)催化燃燒爐盤進(jìn)行有焰燃燒，直到檢測溫度號達(dá)到設(shè)定的點(diǎn)火關(guān)閉溫度，點(diǎn)火閥門關(guān)閉，完成點(diǎn)火過程，進(jìn)入到燃燒調(diào)節(jié)階段。

(2)燃空比的調(diào)定

有文獻(xiàn)表明，催化燃燒時(shí)的“燃?xì)?空氣比值”范圍一般在4%～11%之間；在一定的燃燒條件之下，燃/空比為6%時(shí)，天然氣就能實(shí)現(xiàn)較好的催化燃燒效果，燃燒系統(tǒng)就可以得到 的熱效率，同時(shí)又能取得較好的排放效果。

本系統(tǒng)的燃?xì)庖豢諝獗鹊恼{(diào)節(jié)是通過零壓閥實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)改變風(fēng)機(jī)的空氣風(fēng)量時(shí)，燃/空比也能隨之被改變，以達(dá)到催化燃燒器燃燒工作的要求。在起動(dòng)時(shí)只要調(diào)節(jié)輸出變頻器的頻率就能達(dá)到點(diǎn)火時(shí)要求的從有焰燃燒到催化燃燒的燃/空比的變化。

(3)燃燒溫度調(diào)節(jié)

燃燒器溫度調(diào)節(jié)可以通過文本顯示器的鍵盤輸入，改變變頻器的輸出頻率，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)量。當(dāng)風(fēng)量增大，燃燒溫度超過設(shè)定值，則PLc控制變頻器降低輸出頻率，減少出風(fēng)量來穩(wěn)定燃燒器的溫度。若變頻器輸出頻率低于設(shè)定值(風(fēng)機(jī)出風(fēng)量頻率，設(shè)為5 Hz)，而出風(fēng)量仍高于設(shè)定值時(shí)，PLc開始計(jì)時(shí)，若在一定時(shí)間內(nèi)，降低到設(shè)定值，PLc放棄計(jì)時(shí)，繼續(xù)變頻調(diào)速運(yùn)行；若在一定時(shí)間內(nèi)溫度仍高于設(shè)定，PLc將繼續(xù)調(diào)節(jié)，直至達(dá)到設(shè)定值。由PLc經(jīng)PID運(yùn)算后控制變頻器的頻率輸出；如溫度不夠，則頻率上升，延時(shí)保持一定時(shí)間。反之亦然。

3．燃燒停止?fàn)顟B(tài)

燃燒器的停止是在接受到文本顯示器發(fā)來的停止命令，首先將主燃?xì)忾y關(guān)斷，然后，系統(tǒng)進(jìn)行后吹掃，進(jìn)行驅(qū)散殘余燃?xì)猓θ紵P進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷降溫。經(jīng)過一段時(shí)間之后，關(guān)閉風(fēng)機(jī)，變頻器停止工作，完成燃燒器停機(jī)過程。