Sachverhalt:
A.
Das Bezirksgericht Winterthur verurteilte A._ am 12. November 2020 wegen gewerbsmässigen Betrugs zu einer Freiheitsstrafe von 33 Monaten, wobei es den Vollzug im Umfang von 21 Monaten aufschob und eine Probezeit von vier Jahren festsetzte.
B.
Die dagegen gerichtete Berufung von A._ wies das Obergericht des Kantons Zürich mit Urteil vom 20. Mai 2021 im Wesentlichen ab. Es reduzierte lediglich die Probezeit von vier auf drei Jahre.
C.
A._ beantragt mit Beschwerde in Strafsachen, das obergerichtliche Urteil sei teilweise aufzuheben. Es sei eine bedingte Freiheitsstrafe von 24 Monaten mit einer Probezeit von drei Jahren auszusprechen. Eventualiter sei der vollziehbare Teil einer teilbedingten Freiheitsstrafe auf 6 Monate festzusetzen. Subeventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an das Obergericht zurückzuweisen. Er ersucht um unentgeltliche Rechtspflege.

Erwägungen:
1.
Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Höhe der Freiheitsstrafe.
1.1. Das Gericht misst die Strafe nach dem Verschulden des Täters zu (<ref-law>). Das Verschulden bestimmt sich nach allen objektiven und subjektiven Elementen der Tat, namentlich der Schwere der Verletzung oder Gefährdung des betroffenen Rechtsguts, nach der Verwerflichkeit des Handelns, den Beweggründen und Zielen des Täters sowie danach, wie weit der Täter nach den inneren und äusseren Umständen in der Lage war, die Gefährdung oder Verletzung zu vermeiden (<ref-law>; <ref-ruling> E. 9.1; <ref-ruling> E. 6.1.1; <ref-ruling> E. 6.1). Das Gericht berücksichtigt zudem das Vorleben und die persönlichen Verhältnisse des Täters, die Wirkung der Strafe auf das Leben des Täters sowie dessen Verhalten nach der Tat und im Strafverfahren (sog. Täterkomponenten; <ref-law>; BGE <ref-ruling> E. 6.1.1; <ref-ruling> E. 6.1).
Es liegt im Ermessen des Sachgerichts, in welchem Umfang es die verschiedenen Strafzumessungsfaktoren berücksichtigt. Das Bundesgericht greift auf Beschwerde hin in die Strafzumessung nur ein, wenn das Sachgericht den gesetzlichen Strafrahmen über- oder unterschritten hat, wenn es von rechtlich nicht massgebenden Kriterien ausgegangen ist oder wenn es wesentliche Gesichtspunkte ausser Acht gelassen bzw. in Überschreitung oder Missbrauch seines Ermessens falsch gewichtet hat (<ref-ruling> E. 1.2; <ref-ruling> E. 5.6).
1.2. Es ist nicht zu beanstanden, dass die Vorinstanz eine Freiheitsstrafe von 33 Monaten ausspricht.
1.2.1. Der Beschwerdeführer zeigt nicht auf, inwiefern die Vorinstanz ihr Ermessen überschritten oder missbraucht hat. Stattdessen erklärt er einfach, wie die Strafe seines Erachtens festzulegen gewesen wäre. Dabei legt er seinen Ausführungen teilweise einen Sachverhalt zugrunde, der von den verbindlichen vorinstanzlichen Feststellungen abweicht. Darauf ist nicht einzutreten.
Gleiches gilt, soweit der Rechtsvertreter des Beschwerdeführers auf seine Plädoyernotizen im kantonalen Verfahren verweist. Die Beschwerdebegründung muss in der Eingabe an das Bundesgericht selbst enthalten sein. Ein Verweis auf frühere Rechtsschriften ist unzulässig (<ref-ruling> E. 10.3; <ref-ruling> E. 2; <ref-ruling> E. 2.8.1; <ref-ruling> E. 3.1; Urteil 6B_1105/2020 vom 13. Oktober 2021 E. 5.3).
1.2.2. Die Vorinstanz stellt fest, dass der Strafrahmen für gewerbsmässigen Betrug von Geldstrafe nicht unter 90 Tagessätzen bis zu zehn Jahren Freiheitsstrafe reicht (<ref-law>). Sie sieht keinen Anlass, diesen ordentlichen Strafrahmen zu verlassen.
Die von den Vorinstanzen festgesetzte Einsatzstrafe von 48 Monaten hält sich angesichts des Strafrahmens innerhalb des zulässigen Ermessens. Zudem geht die Vorinstanz zu Recht von einem nicht mehr leichten Verschulden aus.
Der Beschwerdeführer deklarierte erstmals am 2. Mai 2006 wahrheitswidrig, über kein selbständiges Erwerbseinkommen zu verfügen. Bis zu seiner Verhaftung am 19. Februar 2015 unterzeichnete er acht weitere Selbstdeklarationen, bei denen er wahrheitswidrig wiederholte, über kein Einkommen aus selbständiger Erwerbstätigkeit zu verfügen. Dies obwohl er vom 2. Mai 2006 bis 14. Mai 2015 einen Nettoerlös von insgesamt Fr. 299'746.40 erzielte. Zudem unterliess er es, Erwerbseinkommen seiner Ehefrau aus unselbständiger Tätigkeit aus dem Jahr 2008 von Fr. 4'740.10 zu deklarieren. Ebenso verschwieg er zumindest einen Teil seines Einkommens aus unselbständiger Erwerbstätigkeit aus den Jahren 2008 und 2009 sowie Unfalltaggelder der SUVA. Schliesslich verheimlichte er Bankkonten seiner Kinder mit einem Kontohöchststand von rund Fr. 18'000.--, ein Konto bei der Bank B._ sowie den Kauf eines Mercedes Benz Viano zu einem Preis von Fr. 63'080.--.
Dem Beschwerdeführer wurden während fast neun Jahren Unterstützungsbeiträge von Fr. 450'600.-- ausbezahlt. Die zu Unrecht bezogene Sozialhilfe beläuft sich mindestens auf den Betrag der verschwiegenen Einkünfte von Fr. 307'022.50. Neben dem langen Deliktszeitraum fällt für die Vorinstanz der erhebliche Deliktsbetrag negativ ins Gewicht. Dies ist nicht zu beanstanden. Die Vorinstanz verweist zutreffend auf die bundesgerichtliche Rechtsprechung, wonach der Deliktsbetrag bei der Strafzumessung ein wichtiger Gesichtspunkt ist (Urteile 6B_853/2013 vom 20. November 2014 E. 2.4.2; 6B_866/2009 vom 22. Februar 2010 E. 1.2.2; 6P.66/2006 vom 16. Februar 2007 E. 5.2; je mit Hinweisen; vgl. auch Urteile 6B_571/2020 vom 30. Juni 2021 E. 2.4.2; 6B_140/2020 vom 3. Juni 2021 E. 4.4.1; 6B_849/2016 vom 9. Dezember 2016 E. 1.4; 6B_157/2014 vom 26. Januar 2015 E. 3.2). Der Beschwerdeführer anerkennt, dass der Deliktsbetrag beträchtlich ist. Dennoch wendet er sich gegen die vorinstanzliche Einsatzstrafe von 48 Monaten. Zur Begründung zitiert er das Urteil 6B_150/2017 vom 11. Januar 2018. In der Tat wurde dort bei einem Deliktsbetrag von EUR 16,5 Millionen und 430 geschädigten Personen eine Einsatzstrafe von 36 Monaten festgelegt. Gleichwohl kann der Beschwerdeführer daraus nichts für seine Sache gewinnen. Denn er verkennt die beschränkte Vergleichbarkeit der Strafzumessung in verschiedenen Verfahren. Die Strafzumessung beruht auf einer individualisierten Beurteilung aller massgebenden Umstände und kann nicht durch den blossen Verweis auf andere Urteile in Frage gestellt werden (<ref-ruling> E. 3.1; <ref-ruling> E. 3a; <ref-ruling> E. 2a; vgl. auch Urteile 6B_687/2016 vom 12. Juli 2017 E. 1.4.2; 6B_312/2016 vom 23. Juni 2016 E. 1.6.2; 6B_846/2015 vom 31. März 2016 E. 2.2.5). Zudem hätte das Bundesgericht im vom Beschwerdeführer angeführten Fall die Strafe ohnehin nicht verschärfen können, da in jenem Fall die Bundesanwaltschaft keine Beschwerde in Strafsachen erhoben hatte.
1.2.3. Die Vorinstanz geht von einem durchdachten und zielgerichteten Vorgehen des Beschwerdeführers aus, weil er Einnahmen und Vermögenswerte teilweise deklarierte. Zudem erblickt sie eine gewisse Raffinesse, da der Beschwerdeführer zur Täuschung eine Vielzahl von Arztzeugnissen vorlegte, obwohl er zur selben Zeit seiner selbständigen Erwerbstätigkeit nachging. Er führte die Sozialen Dienste wiederholt und während fast neun Jahren hinters Licht. Beendet wurde sein kriminelles Verhalten erst durch die Einleitung des Strafverfahrens. Die Vorinstanz legt dem Beschwerdeführer daher zu Recht ein skrupelloses und unverfrorenes Vorgehen zur Last. Sie weist darauf hin, dass Sozialversicherungsbetrug das gesamte Sozialleistungssystem erschüttert und ehrliche Bezüger in Verruf bringt. Angesichts der Grosszügigkeit der schweizerischen Sozialleistungsinstitute besteht ein erhebliches und gewichtiges öffentliches Interesse, Sozialleistungsbetrug zu verhindern (vgl. Urteil 9C_261/2017 vom 14. November 2017 E. 4.2 mit Hinweisen; vgl. auch ZR 114/2015 Nr. 80, S. 314 f.). Insofern erweist sich der Sozialhilfemissbrauch als besonders verwerflich.
1.2.4. Die Vorinstanz erwägt, die behaupteten gesundheitlichen Probleme des Beschwerdeführers wirkten sich nicht strafmindernd aus. Dies ist nicht zu beanstanden. Die Strafempfindlichkeit des Täters fällt als strafmindernder Faktor praxisgemäss nur in Betracht, wenn Abweichungen vom Grundsatz einer einheitlichen Leidempfindlichkeit geboten sind, wie etwa bei Gehirnverletzungen, Schwerkranken oder Taubstummen (Urteil 6B_572/2010 vom 18. November 2010 E. 4.5). Auch der Umstand, dass der Beschwerdeführer fünffacher Vater ist, begründet für sich genommen keine erhöhte Strafempfindlichkeit (Urteil 6B_1036/2018 vom 28. November 2018 E. 3.6). Was der Beschwerdeführer dagegen vorbringt, überzeugt nicht. Insbesondere legt er nicht hinreichend dar, weshalb seine angeblichen gesundheitlichen Probleme nicht bei den persönlichen Verhältnissen zu würdigen sind, sondern "direkt im Zusammenhang mit den subjektiven Tataspekten eine wesentliche Rolle" spielen sollen.
1.2.5. Die Vorinstanz berücksichtigt das Geständnis des Beschwerdeführers und reduziert die Strafe um sechs Monate. Dies ist dem Beschwerdeführer nicht genug. Zu Unrecht, denn die Vorinstanz erwägt überzeugend, dass die Zugeständnisse des Beschwerdeführers erst unter der erdrückenden Beweislage erfolgten und das Strafverfahren nicht wesentlich vereinfachten. Nachvollziehbar ist auch die vorinstanzliche Erwägung, dass keine aufrichtige Reue oder Einsicht des Beschwerdeführers erkennbar ist. Auch dessen Wohlverhalten seit seiner Haftentlassung stellt keine besondere Leistung dar.
2.
Nach dem Gesagten ist die Freiheitsstrafe von 33 Monaten rechtens. Damit erübrigt sich der Antrag des Beschwerdeführers, die Strafe sei bedingt auszusprechen. Allerdings ersucht er eventualiter um Reduktion des vollziehbaren Teils der teilbedingten Freiheitsstrafe.
2.1. Das Gericht schiebt den Vollzug einer Geldstrafe oder einer Freiheitsstrafe von höchstens zwei Jahren in der Regel auf, wenn eine unbedingte Strafe nicht notwendig erscheint, um den Täter von der Begehung weiterer Verbrechen oder Vergehen abzuhalten (<ref-law>). Es kann den Vollzug einer Freiheitsstrafe von mindestens einem Jahr und höchstens drei Jahren teilweise aufschieben, wenn dies notwendig ist, um dem Verschulden des Täters genügend Rechnung zu tragen (<ref-law>).
Für die Gewährung des bedingten Strafvollzugs im Rahmen von <ref-law> genügt die Abwesenheit der Befürchtung, der Täter werde weitere Verbrechen oder Vergehen begehen. Vom Strafaufschub darf deshalb grundsätzlich nur bei ungünstiger Prognose abgesehen werden (<ref-ruling> E. 4.2.2, 97 E. 7.3). Bei Freiheitsstrafen von höchstens zwei Jahren ist im Rahmen von <ref-law> der vollständige Strafaufschub daher die Regel. Der teilbedingte Vollzug kommt nur (subsidiär) zur Anwendung, wenn der Aufschub wenigstens eines Teils der Strafe aus spezialpräventiver Sicht erfordert, dass der andere Strafteil unbedingt ausgesprochen wird. Ergeben sich - insbesondere aufgrund früherer Verurteilungen - ganz erhebliche Bedenken an der Legalbewährung des Täters, die bei einer Gesamtwürdigung aller Umstände eine eigentliche Schlechtprognose noch nicht zu begründen vermögen, so kann das Gericht anstelle des Strafaufschubs den teilbedingten Vollzug gewähren. Auf diesem Weg kann es im Bereich höchst ungewisser Prognosen dem Dilemma "Alles oder Nichts" entgehen. <ref-law> hat die Bedeutung, dass die Warnwirkung des Teilaufschubes angesichts des gleichzeitig angeordneten Teilvollzuges für die Zukunft eine weitaus bessere Prognose erlaubt. Erforderlich ist aber stets, dass der teilweise Vollzug der Freiheitsstrafe für die Erhöhung der Bewährungsaussichten unumgänglich erscheint (<ref-ruling> E. 3.1.1; <ref-ruling> E. 5.5.2). Besteht hingegen keinerlei Aussicht, dass der Täter sich durch den - ganz oder teilweise - gewährten Strafaufschub im Hinblick auf sein künftiges Legalverhalten positiv beeinflussen lässt, ist die Strafe in voller Länge zu vollziehen (<ref-ruling> E. 3.1.1; <ref-ruling> E. 5.3.1).
Bei der Prüfung des künftigen Wohlverhaltens sind alle wesentlichen Umstände zu beachten. Zu berücksichtigen sind neben den Tatumständen auch das Vorleben und der Leumund sowie alle weiteren Tatsachen, die gültige Schlüsse auf den Charakter des Täters und die Aussichten seiner Bewährung zulassen. Relevante Faktoren sind etwa strafrechtliche Vorbelastung, Sozialisationsbiografie, Arbeitsverhalten und das Bestehen sozialer Bindungen etc. (<ref-ruling> E. 2.1; <ref-ruling> E. 4.2.1). Einschlägige Vorstrafen sind bei der Prognosestellung erheblich zu gewichten, sie schliessen den bedingten Vollzug aber nicht notwendig aus (<ref-ruling> E. 4.2.3; Urteil 6B_154/2019 vom 26. April 2019 E. 1.3.2; je mit Hinweisen).
Dem Sachgericht steht bei der Beurteilung der Legalprognose ein Ermessensspielraum zu. Das Bundesgericht greift nur ein, wenn das Sachgericht sein Ermessen über- bzw. unterschreitet oder missbraucht und damit Bundesrecht verletzt (<ref-ruling> E. 2.2; <ref-ruling> E. 3.1.1; je mit Hinweis).
2.2. Es hält vor Bundesrecht stand, dass die Vorinstanz den vollziehbaren Teil der Freiheitsstrafe mit 12 Monaten veranschlagt. Die Vorinstanz leitet aus der Vorstrafe des Beschwerdeführers wegen fahrlässiger grober Verkehrsregelverletzung ab, dass seine Legalprognose "ganz leicht getrübt" sei. Trotzdem geht sie mit Blick auf Vermögensdelikte vom Fehlen einer ungünstigen Prognose aus - zu Recht. Was das Verhältnis zwischen dem zu vollziehenden und dem bedingt aufzuschiebenden Teil der Strafe betrifft, verweist die Vorinstanz überzeugend auf das Strafmass von 33 Monaten. Dieses liegt im oberen Bereich des Strafrahmens, in welchem teilbedingte Freiheitsstrafen überhaupt noch möglich sind. Bei Strafen dieser Höhe spricht die angemessene Berücksichtigung der Verschuldensgesichtspunkte grundsätzlich für einen vollziehbaren Anteil im oberen Bereich des Zulässigen. Wie die Vorinstanz überzeugend darlegt, ist der Uneinsichtigkeit und fehlenden Reue des Beschwerdeführers Rechnung zu tragen. Daran ändert entgegen der Auffassung des Beschwerdeführers auch die erstandene Untersuchungshaft nichts. Selbst wenn diese bei ihm einen bleibenden Eindruck hinterlassen haben sollte, übersieht er, dass bei der Festlegung des vollziehbaren Teils der Freiheitsstrafe auch das Verschulden zu berücksichtigen ist, weshalb die vorinstanzliche Begründung ohne Weiteres vor Bundesrecht standhält.
3.
Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf eingetreten werden kann. Die Gerichtskosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>). Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege ist wegen Aussichtslosigkeit der Rechtsbegehren abzuweisen (Art. 64 Abs. 1 und 2 BGG). Der finanziellen Lage des Beschwerdeführers ist mit reduzierten Gerichtskosten Rechnung zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2.
Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3.
Die Gerichtskosten von Fr. 1'200.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4.
Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 16. Dezember 2021
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Jacquemoud-Rossari
Der Gerichtsschreiber: Matt