Время жизни синглтона равно или меньше (если оно загружено с отложенной загрузкой) времени жизни приложения. Когда пул приложений перезагружается, приложение останавливается, и операционная система освобождает память, использованную для хранения синглетонов.
Синглтон будет доступен во всех потоках приложения, но, поскольку он хранится в области памяти процесса, выполняющего это приложение, он не будет доступен другим процессам.
Что касается ответа на ваш вопрос, будет ли хорошей идеей хранить данные с использованием одноэлементного шаблона в WCF, это будет полностью зависеть от вашего сценария и того, что вы хотите сохранить и где вы хотите, чтобы они были доступны. WCF предоставляет множество точек расширений, которые позволят вам избежать статических методов.
Недостаток синглетонов в том, что их сложно провести модульное тестирование, поэтому я обычно стараюсь их избегать, если это возможно.