电厂循环冷却水处理对电厂安全经济运行有着至关重要的影响,它关系到电厂节能、降耗等问题。循环水利用率较低、腐蚀和结垢是循环冷却水系统中存在的主要问题。循环水系统的主要金属材料为碳钢(以A20为代表)和铜(以HSn701为代表)。

为解决以上问题,首先用静态挂片法、静态阻垢法、正交法结合塔菲尔极化曲线法研究了PASP和钨酸钠在高浓缩倍率循环水条件下对HSn701的缓蚀阻垢性能;接着,用用静态挂片法、静态阻垢法结合极限碳酸盐法、塔菲尔极化曲线法研究了HEDP等绿色循环水缓蚀阻垢剂在[Ca2+]=[HCO3-]=250 mg/L的模拟循环水中对A20的缓蚀阻垢性能;然后对PASP和PESA进行了量子化学研究。

研究结果表明,在高浓缩倍率循环水条件下,用锌盐做添加剂(2mg/L),当缓蚀剂总浓度为80mg/L时,PASP和Na2WO4复配对HSn701具有良好的缓蚀阻垢效果,其较佳复合配方是:40mg/L PASP+40mg/L Na2WO4。两者复配对HSn701的缓蚀具有明显的协同效应。复配方属于抑制阴极为主的混合型缓蚀阻垢剂。

在[Ca2+]=[HCO3-]=250 mg/L的模拟循环水中,PESA、HEDP、AA/AMPS三种循环水药剂对A20钢的阻垢性能顺序是:PESA﹥HEDP﹥AA/AMPS;较佳复配方是HEDP 2.5mg/L、PESA1.5 mg/L、咪唑啉1.5 mg/L,较佳pH值范围在8.0-8.5。复配药剂属于抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,通过配合作用和晶格畸变二者的协同作用实现阻垢作用。此配方对A20钢具有良好的缓蚀阻垢效果,可有效防止碳酸钙沉积,而且绿色环保、经济高效,能够安全用于循环冷却水系统。

量子化学计算表明,PASP和PESA都是柔性分子,不仅对碳酸钙垢有很好的抑制作用,对硫酸盐水垢也起到很好的抑制作用,属于广谱性阻垢剂。亚胺基基团和羧基基团是阻垢基团,其在静电作用下吸附在碳酸钙晶面,通过诱导晶格畸变而阻垢,在有机分子中引入亚胺基和羧基,可以提高分子的阻垢性能。PESA和PASP的EHOMO数值较大,易参与亲核反应,与金属表面的空d轨道形成配位键,增强其缓蚀性能,属于供电子型阴极缓蚀剂。在电厂循环水缓蚀阻垢剂分子设计时,如果能引入亚胺基或者羧基的同时,使其亲核反应能力增强,则能显著提高分子的缓蚀阻垢性能。