催化燃烧装置主要由热交换器、燃烧室、催化反应器、热回收系统和净化烟气的排放烟囱等部分组成，其净化原理是：未净化气体在进入燃烧室以前，先经过热交换器被预热后送至燃烧室，在燃烧室内达到所要求的反应温度，氧化反应在催化反应器中进行，净化后烟气经热交换器释放出部分热量，再由烟囱排入大气。
催化燃烧装置设计时应考虑以下几方面问题：
1、气流和温度均匀分布。要使通过催化剂表面的气流和温度分布均匀，并保证火焰不直接接触催化剂表面，燃烧室必需具有足够的长度和空间。催化燃烧装置应具有良好的保温效果。炉体一般用钢结构的外壳内衬耐火材料，或用双层夹墙结构。
2、便于清洗和换。催化剂反应器一般应设计成装卸方便的模屉结构，便于清洗和换催化剂载体。
3、辅助燃料和助燃。催化燃烧一般采用天然气作辅助燃料，也可用燃料油、电加热等作辅助燃料。助燃一般用净化后的气体，如果净化后的气体不能作为助燃，则应引入空气助燃。
4、较高的转化速度。由于催化燃烧为不可逆的放热反应，所以，无论反应进行到什么阶段，都应在尽可能高的温度下进行，以获得较高的转化速度。但操作温度往往受某些条件的限制，如催化剂的耐热温度、高温材料的获得，热能的供应，以及是否伴有副反应等。因而实际生产中应根据实际情况恰当地选择。
在有机废气处理工程中针对排放废气的不同情况，可以采用不同形式的催化燃烧工艺，但不论采用什么工艺方式，它的流程组成都具有共同的特点，如：有机废气进入催化燃烧装置的气体要经过预处理，除去粉尘、液滴及有害组分，避免催化床层的堵塞和催化剂的中毒。
有机废气进行催化床层的气体温度要达到所用催化剂的起燃温度，催化反应才能进行。因此对于低于起燃温度的进气，进行预热使其达到起燃温度。特别是开车时，对冷时气进行预热，因此催化燃烧法适于连续排气的净化，经开车时对进气预热后，即可利用燃烧尾气的热量预热进口气体。若废气为间歇排放，每次开车均需对进口冷气癸进行预热，预热器的频繁启动，使能耗大大增加。气体的预热方式可以采用电热线也可以采用烟道气加热，目前应用较多的为电加热。
第三、催化燃烧反应放出大量的反应热，因此燃烧尾气温度很高，对这部分热量回收。一般先通过换热器将高温尾气与进口低温气体进行热量交换以减少预热能耗，剩余热量可采用其他方式进行回收，在生产装置排出的有机废气温度较高的场合，如漆包线、绝缘材料等烘干温度可达300度以上，可以不高置预热器和换热器。但燃烧尾气的热量仍应回收。