Sachverhalt: A. A.a. X._ wurde 1992 in Graubünden als drittes Kind geboren. Bei der Ehescheidung 1996 wurde der Mutter das alleinige Sorgerecht zugesprochen, das ihr im gleichen Monat entzogen wurde, da sie ohne die Kinder in einen anderen Kanton umgezogen war. Die Beistandschaft über X._ wurde 1996 der Grossmutter und 2001 der Amtsvormundschaft übertragen. Diese wurde 2010 aufgehoben und X._ entmündigt. A.b. X._ musste sich 2004 in psychiatrische Behandlung begeben und wurde in der Folge wegen Halluzinationen und Verfolgungsideen hospitalisiert. Es folgten stationäre psychiatrische Behandlungen in der Kinder- und Jugendpsychiatrie sowie 2006 während zehn Monaten ein Aufenthalt auf einem Jugendschiff einer pädagogischen Institution im Mittelmeer. Nach Abbruch dieses Aufenthalts wurde er vorübergehend in die Kantonale Psychiatrische Klinik eingewiesen, anschliessend in einer pädagogischen Institution untergebracht und sodann wegen akuten psychotischen Geschehens in die Psychiatrische Klinik zurückversetzt. Es folgten Platzierungsversuche in einem Kinder- und Jugendwohnheim in Deutschland und im April 2009 in einer Sozialpädagogisch-Psychiatrischen Modellstation in der Schweiz. Auf Empfehlung der Modellstation wurde er über den fürsorgerischen Freiheitsentzug ins Psychiatriezentrum Rheinau eingewiesen, wo er sich bis zum 5. Januar 2010 aufhielt. A.c. Mit Verfügung der Jugendanwaltschaft Graubünden vom 8. Januar 2010 wurde er gestützt auf Art. 9 und 10 JStG zur Beobachtung und gerichtsärztlichen Untersuchung in die geschlossene Abteilung der Psychiatrischen Klinik eingewiesen. Nach wiederholter Entweichung und Verübung von Vermögensstraftaten setzte ihn der Haftrichter am 2. September 2010 in Untersuchungshaft. Er wurde am 27. Oktober 2010 entlassen und gleichentags vorsorglich bei der Partnerfamilie einer Stiftung untergebracht. Wegen mehrfachen Entweichens wurde er am 18. November 2010 erneut in Untersuchungshaft gesetzt. Das Bezirksgericht Plessur ordnete Sicherheitshaft an. Am 10. Januar 2011 wurde er vorübergehend in ein Gefängnis und wegen selbstgefährdenden Drohungen bereits am 14. Januar 2011 in die Psychiatrische Universitätsklinik Zürich versetzt, wo er sich bis zum 24. Januar 2011 aufhielt. Nach Rückversetzung in das Gefängnis wurde er am 25. Januar 2011 zuerst zurück nach Zürich und am 10. Februar 2011 wieder in die Psychiatrische Klinik verlegt, wo er am 15. Februar 2001 entwich und gleichentags von seiner Grossmutter zurückgebracht wurde. Am 26./27. Februar 2011 entwich er mit einem Mitpatienten, meldete sich aber in der gleichen Nacht zurück und wurde notfallmässig auf die geschlossene Station einer Klinik und am 9. März 2011 in die Jugendvollzugsanstalt eingewiesen. Die Unterbringung gemäss Art. 15 Abs. 2 JStG wurde per 14. März 2011 aufgehoben. Er wurde gleichentags in Untersuchungshaft sowie am 9. September 2011 in den vorzeitigen Massnahmenvollzug versetzt. A.d. Das Bezirksgericht Plessur verurteilte ihn am 2. Dezember 2011 wegen Raubes zu einer 10-monatigen Freiheitsstrafe und ordnete eine stationäre therapeutische Behandlung gemäss Art. 61 StGB an. Er wurde am 14. Februar 2012 in ein Massnahmenzentrum versetzt, von wo er in der Nacht vom 14./15. Februar 2012 zur Krisenintervention in die Psychiatrische Klinik in Liestal verlegt werden musste. Nach mehreren Entweichungen aus dem Massnahmenzentrum wurde er am 23. März 2012 in die Jugendvollzugsanstalt zurück verlegt. Das Amt für Justizvollzug hob am 16. April 2012 die stationäre Massnahme auf. Das Bezirksgericht Plessur ordnete mit nachträglichem Entscheid vom 17. April 2012 den Vollzug der 10-monatigen Freiheitsstrafe an und setzte ihn zufolge Strafverbüssung auf freien Fuss. A.e. X._ trat am 7. September 2012 eine vom Untersuchungsamt Altstätten ausgeprochene 3-monatige Freiheitsstrafe an. Bereits am 8. September 2012 musste er im Rahmen einer Krisenintervention in eine psychiatrische Klinik eingewiesen werden. Aus dieser Klinik flüchtete er am 10. September 2012 unter Verwendung eines Messers. Er wurde am 11. September 2012 festgenommen, zuerst in eine Strafanstalt und am 12. September 2012 notfallmässig in eine weitere psychiatrische Klinik eingewiesen. Er wurde am 21. September 2012 in ein Regionalgefängnis verlegt, von wo er zweimal in die Psychiatrische Klinik eingewiesen werden musste. Er wurde am 5. Dezember 2012 in Untersuchungshaft in die Jugendvollzugsanstalt und danach in den vorzeitigen Massnahmenvollzug in eine Klinik verlegt. Nachdem er mehrmals den Abbruch der Therapie gewünscht hatte, wurde er vorübergehend vom 12. März bis 2. April 2013 in die Jugendvollzugsanstalt versetzt. Am 3. Mai 2013 bedrohte er in der Klinik einen Psychiatriepfleger mit einem Messer, worauf am 7. Mai 2013 die erneute Versetzung in die Jugendvollzugsanstalt erfolgte. Am 7. Mai 2013 wurde auf seinen Antrag der vorzeitige Massnahmenvollzug aufgehoben. Vom 7. bis bis 22. August 2013 befand er sich im vorzeitigen Strafvollzug. A.f. Nach Vorliegen des Urteils des Bezirksgerichts Plessur vom 22. August 2013 wurde er gestützt auf die Empfehlung im forensisch-psychiatrischen Gutachten der Psychiatrischen Dienste Graubünden vom 22. April 2013 am 17. Dezember 2013 in die Psychiatrische Universitätsklinik Zürich in Rheinau verlegt. Aufgrund mehrerer Vorfälle und auf seinen Antrag wurde der stationäre Vollzug am 21. Februar 2014 infolge Aussichtslosigkeit aufgehoben. Das Bezirksgericht Plessur ordnete mit nachträglichem Entscheid vom 17. April 2014 den Vollzug der aufgeschobenen 18-monatigen Freiheitsstrafe unter Anrechnung der Untersuchungshaft an und setzte ihn zufolge Strafverbüssung auf freien Fuss. B. X._ ist im Strafregister mit fünf Eintragungen verzeichnet: Am 29. Juli 2009 wurde er von der Jugendanwaltschaft des Kantons Graubünden wegen mehrfachen Diebstahls, geringfügigen Diebstahls, Sachbeschädigung, Hausfriedensbruchs, mehrfacher Widerhandlung gegen das BetmG, Widerhandlung gegen das Waffengesetz und Entwendung eines Fahrrads zum Gebrauch mit einem 10-tägigen bedingten Freiheitsentzug mit zweijähriger Probezeit bestraft. Am 21. Dezember 2010 widerrief der Bezirksgerichtsausschuss Plessur den bedingten Vollzug und ordnete wegen mehrfachen Diebstahls, mehrfacher Sachbeschädigung, mehrfachen Hausfriedensbruchs, Nötigung sowie Übertretung des BetmG die geschlossene Unterbringung gemäss Art. 15 Abs. 2 JStG an. Am 2. Dezember 2011 wurde er wegen Raubes zu einer 10-monatigen Freiheitsstrafe mit Aufschub zugunsten einer Massnahme gemäss Art. 61 StGB verurteilt. Mit nachträglichem Entscheid des Bezirksgerichts Plessur vom 17. April 2012 wurde der Vollzug der Freiheitsstrafe angeordnet und er zufolge Strafverbüssung auf freien Fuss gesetzt. Am 31. Juli 2012 wurde er mit Strafbefehl des Untersuchungsamtes Altstätten wegen Diebstahls, Sachbeschädigung und Hausfriedensbruchs zu einer 3-monatigen Freiheitsstrafe verurteilt. Am 22. August 2013 erfolgte eine Verurteilung wegen Entwendens eines Motorfahrzeugs zum Gebrauch, Führens eines Motorfahrzeugs ohne Führerausweis, mehrfachen Diebstahls, Hausfriedensbruchs, geringfügigen Diebstahls, Sachbeschädigung, Gewalt und Drohung gegen Behörden und Beamte, versuchter Gewalt und Drohung gegen Behörden und Beamte sowie Widerhandlung gegen das BetmG zu einer 18-monatigen Freiheitsstrafe, welche zugunsten einer stationären Massnahme aufgeschoben wurde. Am 17. April 2014 wurde er auf freien Fuss gesetzt (oben A.f). C. C.a. Am 5. August 2014 eröffnete die Staatsanwaltschaft Graubünden eine Strafuntersuchung wegen Hausfriedensbruchs und dehnte die Untersuchung am 8. August 2014 auf Gewalt und Drohung gegen Behörden und Beamte, Sachbeschädigung und versuchten Diebstahl aus. Gleichentags erfolgten die Festnahme und Haftanordnung. C.b. X._ verlangte im fürsorgerischen Freiheitsentzug in der Klinik am 7. August 2014, ca. 22.00 Uhr, ein Gespräch mit dem diensthabenden Arzt und forderte die umgehende Entlassung, ansonsten werde er jemanden umbringen; dabei zeigte er ein Buttermesser mit einer Gesamtlänge von 21 cm, welches er zuvor aus dem Speisesaal oder der Küche entwendet hatte. Das Gespräch wurde im Arztbüro fortgesetzt. Dort waren zwei Pflegerinnen anwesend, die er ebenfalls aufforderte, ihn zu entlassen, andernfalls würde er Patienten oder das Personal verletzen, und drohte, ein Blutbad anzurichten und Geiseln zu nehmen. Er verbot, die Notfallknöpfe ihrer Telefone zu betätigen. Um Schlimmeres zu verhindern, öffnete eine der Pflegerinnen die Tür nach draussen. X._ ging zum Bahnhof, warf das Messer in einen Abfalleimer und begab sich nach Chur, wo er kurze Zeit später festgenommen wurde. C.c. Am 4. September 2014 wurde die Strafuntersuchung auf Brandstiftung und am 21. April 2015 auf einfache Körperverletzung ausgedehnt (unten Sachverhalt C.d). Am 7. Oktober 2014 beauftragte die Staatsanwaltschaft Dr. med. A._ mit der Begutachtung (Gutachten vom 23. Dezember 2014). Am 30. Oktober 2014 ordnete die Staatsanwaltschaft mit Wirkung ab 7. November 2014 die Versetzung in den vorzeitigen Strafvollzug an. Am 4. Februar 2015 gelangte die Staatsanwaltschaft an Dr. med. A._ mit der Anfrage, ob der erneute Vorfall vom 10. Januar 2015 (X._ hatte im vorzeitigen Vollzug versucht, die Bettdecke und den Vorhang in Brand zu setzen) etwas an der Einschätzung im Gutachten ändere und ob andere Möglichkeiten für die Durchführung einer Massnahme bestünden. Der Gutachter antwortete, es müsse davon ausgegangen werden, dass der Explorand doch nicht - wie in seinem Gutachten angenommen - therapiefähig sei; ein erneuter Versuch, ihn in einer Einrichtung zu platzieren, müsse daher als zum Scheitern verurteilt bewertet werden. C.d. Am 11. September 2015 klagte die Staatsanwaltschaft X._ wegen mehrerer Straftaten sowie wegen des nachfolgenden Sachverhalts wegen Brandstiftung (Art. 221 Abs. 2 StGB) und einfacher Körperverletzung an: Er hatte am 3. September 2014, ca. 17.20 Uhr, die Bettdecke seines Kajütenbetts in der Justizvollzugsanstalt angezündet. "Gemäss seinen Angaben wollte sich der Beschuldigte durch den Brand das Leben nehmen." Er hatte zuvor das Fenster geschlossen, aber dann Angst bekommen und via Gegensprechanlage den Brand gemeldet und den Alarmknopf gedrückt. Um 17.29 Uhr benachrichtigte die Anstalt Polizei und Feuerwehr. Der Gefängnisaufseher öffnete die Zelle, zog X._ heraus und evakuierte die Insassen des Trakts. Der Gefängnisaufseher erlitt Verletzungen (leichtgradige Kohlenmonoxidvergiftung, psychische Belastung und Hyperventilation), welche eine halbtägige Hospitalisation erforderten. X._ erlitt eine leichtgradige Kohlenmonoxidvergiftung. Es entstand am Mobiliar rund Fr. 10'000.-- und am Gebäude rund Fr. 20'000.-- Sachschaden. Leib und Leben des Gefängnisaufsehers und von den Insassen der Nachbarzellen seien in Gefahr gewesen. "Diese Umstände waren dem Beschuldigen bewusst. Gemäss seinen Angaben hatte er die Schnauze voll und beabsichtigte, durch das Feuerlegen andere Personen zu verletzen." C.e. Am 12. November 2015 beantragte X._ dem Bezirksgericht Plessur, ihn umgehend vorzeitig in eine stationäre Behandlung in einer geeigneten Einrichtung zu überführen bzw. ihm den vorzeitigen stationären Massnahmenantritt zu gewähren sowie das Amt für Justizvollzug zu verpflichten, für ihn umgehend eine geeignete stationäre Einrichtung zur Behandlung seiner psychischen Störung zu finden. Das Bezirksgericht wies am 30. November 2015 dieses Gesuch und am 29. Dezember 2015 die Beweisanträge teils ab (u.a. ein Obergutachten). Das Kantonsgericht wies seine Beschwerde gegen den Entscheid vom 30. November 2015 ab. C.f. Das Bezirksgericht Plessur wies in seinem Urteil vom 17. Februar 2016 die Beweisanträge (Obergutachten, Brandschutzermittlerbericht) ab und verurteilte X._ anklagegemäss wegen versuchter Brandstiftung (Art. 221 Abs. 2 i.V.m. Art. 22 Abs. 1 StGB) und Körperverletzung (Art. 123 Ziff. 1 StGB), Hausfriedensbruchs und geringfügigen Diebstahls, Diebstahlversuchs und Sachbeschädiung, Gewalt und Drohung gegen Behörden und Beamte zu einer 32-monatigen Freiheitsstrafe und Fr. 100.-- Busse. Es ordnete eine stationäre Behandlung im Sinne von Art. 59 StGB an und schob den Vollzug der Freiheitsstrafe zugunsten der Massnahme auf. Die Staatsanwaltschaft und X._ erhoben Berufung. D. An der Berufungsverhandlung vom 29. August 2016 befragte das Kantonsgericht den Gerichtsexperten Dr. med. A._. Es ordnete ein Obergutachten betreffend die Therapiefähigkeit von X._ an und veranlasste abzuklären, ob in der Schweiz eine geeignete Einrichtung zur Verfügung stehe, welche tatsächlich bereit sei, ihn aufzunehmen und zu therapieren. Dr. med. B._ erstattete das psychiatrische Obergutachten vom 14. Februar 2017. Die Berufungsverhandlung wurde am 15. Mai 2017 fortgesetzt. Das Kantonsgericht hiess die Berufung der Staatsanwaltschaft teilweise gut, wies die Anschlussberufung von X._ ab und bestätigte das Urteil des Bezirksgerichts im Schuld- und Strafpunkt. Es verwahrte ihn im Sinne von Art. 64 Abs. 1 StGB. E. X._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das kantonsgerichtliche Urteil aufzuheben, ihn gemäss Art. 221 Abs. 1StGB schuldig zu sprechen, die Schuldsprüche im Übrigen zu bestätigen, ihn mit einer Freiheitsstrafe von 28 Monaten und einer Busse von Fr. 100.-- zu bestrafen, die Haft auf die Strafe anzurechnen, eine stationäre therapeutische Behandlung im Sinne von Art. 59 StGB anzuordnen und den Vollzug der Freiheitsstrafe zugunsten der Massnahme aufzuschieben. Weiter stellt er Anträge zu der (anerkannten) Schadenersatzklage des Kantons Graubünden, den Verfahrenskosten, den Anwaltsentschädigungen und den Kosten des Berufungsverfahrens. Er beantragt die unentgeltliche Rechtspflege.