煤炭资源作为我国第一大能源,储量丰富,开采历史悠久,为我国社会的进步和经济的发展提供了源源的动力。然而煤炭利用多以直接燃烧为主,能源利用率较低,同时伴随有CO₂、SO₂排放等大气污染问题。为了解决煤炭资源的高效利用和环境相融这一难题,煤炭清洁利用技术应运而生。目前大力研究的清洁技术有整体煤气化联合发电,超临界技术等,已经取得长足进展,然而对于反应内部的能量释放特性还不十分清楚。因而本文在这一背景下,研究了煤的清洁利用技术—煤的超临界水气化制氢再燃和化学链燃烧这两种间接燃烧方式,采用图像（火用）分析方法,对比间接燃烧和直燃的能量释放途径的差异,深入分析了直燃过程中能源利用率低的内部原因。接着从降低品位损失的方向着手,进行了燃料物理能和化学能梯级利用原理的研究,通过热力学体系中的吉布斯自由焓和（火用）函数,推导构建了间接燃烧中吸热反应特性、Gibbs自由能品位和热（火用）收益的三者内部关联函数。研究得出:（1）煤的超临界水气化制氢再燃和化学链燃烧等典型间接燃烧方式,不仅可以减少污染气体的排放,同时间接燃烧将传统直接燃烧一步反应分为吸热和放热两步反应的新形式,转换能量传统释放路径,减少热源和煤炭燃料之间的品位差,从而降低了（火用）损失,增加了热（火用）,使更多的化学能转化为物理能,实现了能量的梯级释放。相比煤的直燃,超临界水气化制氢再燃和化学链燃烧（火用）损失分别减少了23.9%和17.12%,反应过程中热（火用）的增量分别为5.2%和1.8%;能量效率分别为82.3%和79.5%,（火用）效率分别为70.7%和65.2%。（2）根据热力学基本理论,推导构建了间接燃烧过程中的基于最佳吸热反应温度的热（火用）收益函数,将反应过程中的热（火用）收益、吸热反应特性和Gibbs自由能品位结合在同一个函数中,探究外界提供给吸热反应过程中的热源温度对热（火用）收益、吸热反应特性和Gibbs自由能品位的影响,寻找各间接燃烧过程中最佳温度状态点。其中,煤的超临界水气化制氢再燃过程中的吸热反应温度725℃⁸00℃左右时,有较高的燃烧收益,最大可在750℃时达到35%的收益率;而煤的化学链燃烧反应过程在吸热反应温度为900⁹50℃达到最佳收益率28%,温度继续升高将引起CaSO₄载氧剂的烧结,导致还原性下降。本文对煤的间接燃烧和直接燃烧的能量释放方式进行了对比研究,并推导构建了吸热反应温度对热（火用）增量的影响的函数,为探索燃料的新型间接燃烧方式提供了理论上的支持。